پلاستیک ها به طور شگفت انگیزی چند منظوره هستند و استفاده از آنها در
هر دستهای از اشیا، رو به افزایش می باشد. واقعاً هر چیزی که در اطراف خود
مشاهده می کنید، لااقل تا حدی از ترکیبات پلاستیکی ساخته شده و این ماده
معمولاً چیز بسیار خوبی به شمار می آید. پلاستیک
با وزن سبک خود، ارزانقیمت است و میتواند به هر شکلی قالب ریزی شود. با
این حال همیشه قویترین ماده نخواهد بود. بسیاری از صاحبان گوشی های
هوشمند، نگران افتادن و ترک خوردن و لب پر شدن بدنه ی گوشی خود هستند. به
همین خاطر، اخیرا نوعی جدید از پلاستیک در دانشگاه دوک توسعه یافته که
میتواند این نگرانیها را برطرف کند و در واقع، این ماده در برابر فشار و
ضربه بسیار مقاوم می باشد.
ساختار مولکولی این ماده، با دقت طراحی
شده و مقاومت غیر معمولی را ارائه می دهد. همانند همه ی انواع پلاستیک، این
ماده جدید نیز دارای ترکیب اساسی مستحکمی از کربن می باشد. با این حال،
اتم های کربن در یک سری مثلث های رو به پایین گسترش یافتند و در زنجیرهای
طولانی با دو اتم بُرُم مرتب شده اند. محققان دریافتند که ساختار واحد این
ماده ی مرکب میتواند انرژیهای مخرب را به انرژی سازنده ای تبدیل کند. اما
چگونه؟
زمانی که زنجیرهای پلیمری، کشیده شده و یا تحت ضربهای قرار
می گیرند، در یک طرف خود دچار گسستگی می شوند. با این حال، دیگر پلیمرهای
پلاستیکی به صورت یکسانی آسیب نخواهند دید که در نتیجه منجر به بروز نقص
ساختاری و شکست می شود؛ اگرچه این مورد تنها نقطه ی آغازی برای این دگرگونی
به حساب می آید. نیروی برشی، این مثلث اتم های کربن را در یک زنجیر
طولانیتر میشکند که همچنین پیوندهای تشکیل شده در محل قرارگیری بُرُم ها
را برای داخل شدن یک مولکول دوم آزاد می کند.
محققان مولکول هایی به
نام کربوکسیلات را در این پلاستیک گنجاندند تا در محل های تشکیل پیوند قرار
بگیرند. این کار موجب اتصال متقاطع (عرضی) زنجیره های متعددی میشود که
استقامت و استحکام ماده را در محل بروز آسیب افزایش میدهد. از آنجایی که
این ماده به جای نور، حرارت و یا قرار گرفتن در معرض پرتو مواد شیمیایی، در
برابر نیروهای مکانیکی واکنش نشان می دهد، آن را مکانوفور (Mechanophore)
می نامند.
تیم
تحقیقاتی دانشگاه دوک، آزمایش های متنوعی را برای اطمینان از این مکانوفور
جدید انجام داده اند که در واقع این ماده باعث ایجاد پیوندهای جدید
سازگاری می شود. برای تست در مقیاس بزرگ، ماده ی مذکور به یک ماشین قالب
دهی (یا روزن ران) که پلاستیک را درون یک قالب فرم می دهد، خورانده شد.
همانطور که نیروی مکانیکی شروع به ایجاد تغییرات ساختاری می کرد، مکانوفور
از حالت انعطاف پذیر و خم شونده به حالت سفت شده و مستحکم پیش می رفت.
هنگامی که عمل اندازهگیری در مقیاس میکروسکوپی و به وسیله ی تکنیکی به نام
نانو تورفتگی (Nanoindentation) انجام گرفت، دانشمندان دریافتند که پس از
فرایند روزن رانی یا شکل دهی پلاستیک، سختی این ماده به نسبت ۲۰۰ برابر
افزایش یافت. این دستاورد حتی زمانی که پلاستیک در یک محلول، منحل میگردد
نیز عملی خواهد بود. برهم زدن مولکول ها باعث میشود که این ماده، اتصالات
متقاطع را ایجاد کرده و به یک ژل پلاستیکی تبدیل گردد که یک لایه را بر
اطراف محفظه ی پلاستیکی تشکیل می دهد.
به هر حال، این کار تنها یک
پژوهش علمی به حساب نمیآید، بلکه یک مکانوفور چند منظوره مانند این ماده،
قابلیت ایجاد تغییرات اساسی را در عرصه های بسیاری را دارا می باشد. برای
مثال میتوان تجهیزات ایمپلنت پزشکی مانند دریچه های قلب مصنوعی را نام برد
که میتوانند بادوام تر و با احتمال شکنندگی کمتر ساخته شوند. عضوهای پروتز مصنوعی
نیز میتوانند در مقاطع بسیار مهم توسط مکانوفورهای جذب کننده ی فشار
تولید گردند. کسی چه می داند. شاید روزی برسد که شما مجبور شوید برای آسیب
ندیدن یک گوشی پس از ضربه، دلیل بیاورید!
ممکن است روزی این پلاستیک
در کاربردهای غیر آزمایشگاهی دیده شود، اما تیم محققین امیدوارند تا اعمالی
را طرح ریزی نمایند که این ماده را مفید کند. در حال حاضر هدف این است که
در زمان بروز فشار، حالت سخت شدگی از این پلاستیک برطرف گردد. این عمل به
پلاستیک های ضدضربه اجازه خواهد داد که همچنان نرم و انعطاف پذیر بمانند.
بنابراین شما دیگر مجبور نخواهید بود که در این باره نگران بوده و پوششهای
محافظ را برای بدنه ی پلاستیکی گوشی خود خریداری کنید.
مقاله ی این تحقیق در مجله ی Nature با عنوان ”تقویت مکانوکِمیکال یک پلیمر ترکیبی در واکنش به نوعی از نیروهای برشی مخرب” منتشر گشته است.