Güçlü, Esnek ve Kendi Kendini Hızlıca İyileştiren Polimerler

Fotoğraf : Bir jiletle kesildikten sonra, polimer parçalar hafifçe bir araya getirildikten sonra bir dakika içinde büyük ölçüde kendi kendini iyileştirdi (üstte). 5 dakika sonra, tokluğunun %99’unu ve gerilme mukavemetinin %97’sini geri kazandı.

RIKEN araştırmacıları tarafından, kesildiğinde benzersiz bir hız ve etkinlikle kendini iyileştiren ve orijinal gücünü dakikalar içinde neredeyse tamamen geri kazanan bir polimer geliştirildi. Birden fazla öncüyü kontrollü bir şekilde tek bir polimerde birleştirmek için gelişmiş bir katalitik yöntem kullanıldı.

Polimerlerin yapısal karmaşıklığının arttırılması, yeni veya iyileştirilmiş özelliklere sahip malzemeler geliştirmek için büyük umut vaat etmektedir. Bununla birlikte, karmaşık polimerlerin kontrollü sentezi zorlu olmaya devam etmektedir.

RIKEN Sürdürülebilir Kaynak Bilimi Merkezi’nden Zhaomin Hou ve meslektaşları yakın zamanda polar olmayan ve polar olefin monomerlerini tek bir polimerde birleştirmek için kontrollü bir katalitik yöntem geliştirdiler. Hou, “Daha önce polar olmayan etilen ve polar metoksiaril ile sübstüte edilmiş propilenlerin iki bileşenli kopolimerizasyonunu yarım sandviç skandiyum katalizörü (Half-sandwich catalyst) ile birleştirerek mükemmel elastikiyet ve kendi kendini iyileştirme sergileyen çok bloklu kopolimerleri sentezleyebileceğimizi keşfettik” diyor.

İki bileşenli polimerlerin özellikleri, büyük ölçüde kullanılan metoksiarilpropilene bağlıydı. Hou, “Bu, iki farklı metoksiaril işlevselleştirilmiş propilenin ve etilenin üç bileşenli bir ‘terpolimerinin’ mekanik ve kendi kendini iyileştirme özellikleri üzerinde benzersiz sinerjik etkiler gösterip göstermeyeceği sorusunu gündeme getirdi” diye ekliyor.

Şimdi Hou ve RIKEN meslektaşları, bir iş birliği ile terpolimerlerin benzeri görülmemiş mekanik ve kendi kendini iyileştirme performansı gösterebileceğini doğruladı. Elastomerik polimerleri, kırılmadan orijinal uzunluğunun neredeyse 14 katına kadar gerilebilir. Ve ikiye kesildiğinde, polimer tokluğunun %99’unu ve gerilme mukavemetinin %97’sini geri kazanmak için beş dakika içinde kendini iyileştirdi.

Hou, malzemenin olağanüstü performansının benzersiz moleküler yapısıyla açıklanabileceğini belirtiyor. Ekip, polimerin oldukça farklı fiziksel özelliklere sahip üç nano ölçekli “bloklardan” oluştuğunu gösterdi. Her metoksiarilpropilen nispeten uzun, alternatif etilen-metoksiarilpropilen dizileri oluşturdu. Bir metoksiarilpropilen, yumuşak ve esnek diziler oluştururken; diğeri sert diziler verdi. Nispeten kısa etilen-etilen bloklarından oluşan üçüncü bir sekans tipi doğada kristalde mevcuttur.

Hou, “Polimerin mükemmel elastomerik ve kendi kendini iyileştirme özellikleri, bu nano ölçekli üç boyutlu ağın oluşumundan kaynaklanıyor” diyor. Uzun ve yumuşak bölümler, malzeme kesildikten sonra hızla yeniden bir araya gelen ve böylece herhangi bir hasarı kendi kendine iyileştiren sert ve kristal bölümlerin içinde bulunduğu oldukça esnek bir matris oluşturur.

Bir skandiyum katalizörü kullanan bu polimerizasyon yöntemi, daha fazla polimer gelişimi için birçok yol sunar. Hou, “Yaklaşımımızın kendi kendini iyileştiren polimer sınıfına kolayca dahil edilmesini sağlayacağını tahmin ediyoruz” diyor. “Kendi kendini iyileştirme mekanizmamızın, mikroyapısal kontrol yoluyla çeşitli yeni kendi kendini iyileştiren polimerlerin tasarımına ve yaratılmasına rehberlik etmesini bekliyoruz.”

Kaynak : phys.org