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名古屋工業大學合成性能可變的彈性體薄膜 可用于汽車等廣泛領域

蓋世汽車 劉麗婷 2021-09-10 11:33:59

蓋世汽車訊 彈性體或彈性聚合物是具有高彈性的材料,被廣泛用于汽車、制造、石油和天然氣等行業。這些材料的彈性程度,由“楊氏模量(Young's modulus)”表示,并取決于組成聚合物層之間的交聯程度,因此較高的交聯密度會產生較高的剛度,反之,這也意味著楊氏模量較大。

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(圖片來源:名古屋工業大學)

不同的應用需要不同剛度的彈性體。例如,輪胎的理想楊氏模量不同于管道和軟管的楊氏模量。迄今為止,對于傳統彈性體而言,一旦聚合物鏈發生交聯,其性能就無法改變,因此行業需要針對不同應用制造出不同的彈性體。但是,是否可以為多種應用制備具有多種特性的單一彈性體呢?

據外媒報道,日本名古屋工業大學(Nagoya Institute of Technology)的Mikihiro Hayashi博士及其同事稱已成功合成一種彈性體薄膜,通過制備后的光化反應可以控制其延伸率,從而適應所需應用,進而能夠節省時間、成本和人力資源。

為開發這種彈性體,科學家們為聚酯(具有酯基的聚合物)配備了熱反應性和光反應性基團,分別對熱和光起反應。熱反應性基團會首先經歷熱交聯,然后光反應性基團在紫外線存在下形成交聯?茖W家們觀察到,熱交聯后獲得的材料柔軟而有彈性,但當進一步用紫外線處理時,材料的剛度會隨著暴露時間的增加而增加。事實上,在暴露30分鐘后,材料的楊氏模量增加了兩個數量級。

該發現讓科學家們興奮不已。Hayashi博士表示:“通過使用雙熱交聯和光交聯開發這種彈性體,我們證明了在制備后調整材料的拉伸強度是可能的。我們期待進一步探索這種材料的優勢!

因此,通過選擇性紫外線照射,科學家們設計出具有楊氏模量不均勻圖案的彈性體薄膜?茖W家使用水平和垂直光掩模狹縫實現了這一點,從而創造出軟性和剛性部分的圖案。在應力下測試水平圖案薄膜時,剛性部分幾乎沒有出現任何變形,而軟性部分卻顯示出5倍的延伸率。令人驚訝的是,垂直圖案化的薄膜表現出優異的韌性并延遲了裂紋的傳播。當完全剛性薄膜上的裂紋立即擴展時,不均勻薄膜上的裂紋在到達軟性部分時停止。圖案的數量越多,裂紋的增長就越慢。

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(圖片來源:名古屋工業大學)

Hayashi博士還表示:“該發現可以為開發控制彈性體斷裂行為的新方法提供有用的見解。此外,我們的技術還可以幫助節省過多的化學品消耗,并解決與石油資源枯竭相關的問題!

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