فهرست مطالب
پژوهشگران دانشگاه واخنینگن با معرفی یک کلاس کاملا جدید از مواد موسوم به «کمپلکسیمر»، مرزهای دانش موجود در حوزه علم مواد را به چالش کشیده‌اند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این ماده که با رنگ کهربایی خود شناخته می‌شود، ویژگی‌هایی را با هم ترکیب می‌کند که پیش‌تر غیرقابل جمع تصور بود: از یک سو مقاومت ضربه‌ای بالا و دوام پلاستیک را دارد و از سوی دیگر مانند شیشه به راحتی شکل‌پذیر و قابل دمیدن است.
حتما بخوانید: تبدیل روغن سوخته پخت‌وپز به پلاستیک‌های قابل بازیافت با استحکام خارق‌العاده
شکستن قانون شکنندگی
علم مواد برای دهه‌ها بر این اصل استوار است که مواد شیشه‌ای هرچه آهسته‌تر ذوب شوند و پردازش آنها آسان‌تر باشد، شکننده‌تر خواهند بود. با وجود این، پروفسور جاسپر ون در گوخت و تیم تحقیقاتی او در دانشگاه و موسسه تحقیقاتی واخنینگن (WUR) این فرضیه را به طور کامل زیر سوال برده‌اند. آنها موفق شده‌اند ماده‌ای بسازند که ضمن ذوب آهسته برای شکل‌دهی دقیق، به اندازه کافی مقاوم باشد که هنگام برخورد با سطح، خرد نشود و به جای آن بازتاب پیدا کند، شکستی که می‌تواند مسیر طراحی و کاربرد مواد شیشه‌ای و پلاستیکی را دگرگون کند. پیشرفت اصلی در ماده کمپلکسیمر به چگونگی پیوند مولکولی آن مربوط می‌شود. در پلاستیک‌های سنتی، زنجیره‌های مولکولی طولانی توسط پیوندهای شیمیایی دائمی به یکدیگر چسبانده می‌شوند، در حالی که کمپلکسیمرها از نیروهای جاذبه فیزیکی بهره می‌برند.
بیشتر بخوانید: آلمان از ضایعات کشاورزی پلاستیک تولید می‌کند
در این ساختار نوین، نیمی از زنجیره‌ها دارای بار مثبت و نیم دیگر بار منفی هستند؛ این بارهای متضاد همانند آهن‌ربا یکدیگر را جذب می‌کنند و زنجیره‌ها را بدون نیاز به تثبیت شیمیایی کنار هم نگه می‌دارند. از آنجا که این نیروهای جاذبه بر فاصله‌ای بیشتر از پیوندهای شیمیایی سنتی اثر می‌گذارند، فاصله بین زنجیره‌ها افزایش می‌یابد و این «فضای تنفسی» مولکولی، سرچشمه ویژگی‌های منحصربه‌فرد ماده است و این امکان را فراهم می‌کند که ماده در دماهای بالا ورز داده یا شکل‌دهی شود، در حالی که ساختار آن همچنان توانایی جذب ضربه را دارد.
این کشف، به‌ویژه در مقایسه با مایعات یونی و دیگر مواد باردار، بسیار شگفت‌آور است و نشان می‌دهد که مواد دارای بار الکتریکی می‌توانند رفتارهای نوینی از خود بروز دهند که دانشمندان تنها در مراحل اولیه مطالعه آن هستند. ون در گوخت بیان کرد «برای من هیجان‌انگیزترین بخش این است که نشان داده‌ایم مواد باردار می‌توانند رفتار بنیادینی متفاوتی با پیش‌بینی ما داشته باشند.»
برای مطالعه بیشتر: پژوهشگران پلاستیک قابل تجزیه مبتنی بر شیر را تولید کردند
کاربردهای کمپلکسیمر در علم مواد
کاربردهای عملی این ماده «غیرممکن» چشم‌انداز جدیدی برای آینده کالاهای مصرفی ایجاد کرده است. از آنجایی که زنجیره‌های مولکولی توسط نیروهای فیزیکی کنار هم نگه داشته می‌شوند، کمپلکسیمر به طور ذاتی خودترمیم‌پذیر است. برای مثال، اگر یک پنل سقفی یا مبلمان باغی ساخته‌شده از کمپلکسیمر دچار ترک شود، تعمیر آن می‌تواند به سادگی گرم کردن محل آسیب با سشوار و فشردن شکاف باشد تا «مغناطیس‌های مولکولی»، پیوند خود را بازسازی کنند.
گزینه‌ای سبز برای جایگزینی پلاستیک‌های فسیلی
نسخه کنونی کمپلکسیمر از مواد خام فسیلی تولید می‌شود، اما تیم تحقیقاتی WUR به توسعه نسخه‌های پایدارتر چشم دوخته است. ووتر پست، پژوهشگر ارشد حوزه فناوری پلاستیک‌های پایدار تأکید کرده است که این تحقیق راه را برای تولید پلاستیک‌هایی هموار می‌کند که ترمیم آنها ساده است و می‌توان آنها را به گونه‌ای طراحی کرد که به سرعت به صورت زیستی تجزیه شوند.
وی تصریح کرد: «اکثر تحقیقات کاربردی بر بهبود بازیافت تمرکز دارند، اما این دستاورد مسیر تولید پلاستیک‌هایی را فراهم می‌کند که ترمیم آنها آسان یا حتی به سرعت زیست‌تجزیه‌پذیر هستند.»
پروفسور ون در گوخت نیز توسعه نسخه‌های زیست‌پایه کمپلکسیمر را در سال‌های آتی در اولویت قرار داده است تا این دستاورد علمی نقش موثری در گذار جهانی به سوی مواد پایدار ایفا کند.
