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Aug 28, 2023

약한 연결이 강한 폴리머를 만든다

놀랍게도 결합이 더 쉽게 끊어지는 재료는 찢어지기가 더 어렵습니다. MIT와 듀크 대학의 화학자들은 폴리머를 더 강하게 만드는 직관에 반하는 방법을 발견했습니다. 함께 일하기

놀랍게도 결합이 더 쉽게 끊어지는 재료는 찢어지기가 더 어렵습니다.

MIT와 듀크 대학의 화학자들은 폴리머를 더 강하게 만드는 직관에 반하는 방법을 발견했습니다.

연구진은 분자를 연결하여 함께 결합된 아크릴레이트 가닥으로 만들어진 폴리머 네트워크인 폴리아크릴레이트 엘라스토머를 사용하여 더 약한 유형의 링커를 사용하여 일부 폴리머를 결합함으로써 재료의 찢어짐 저항성을 거의 10배까지 높일 수 있음을 발견했습니다. 빌딩 블록.

이와 같은 폴리머는 일반적으로 자동차 부품 및 3D 프린팅 물체의 "잉크"로 사용됩니다. 연구원들은 현재 고무와 같은 다른 재료에 대한 접근 방식의 적용을 탐색하고 있습니다.

MIT 화학과 제레미아 존슨(Jeremiah Johnson) 교수는 “고무 타이어의 찢어짐 저항성을 10배 이상 높일 수 있다면 타이어의 수명과 부서지는 미세플라스틱 폐기물의 양에 극적인 영향을 미칠 수 있다”고 말했습니다. 해당 연구의 수석 저자 중 한 명.

이 접근법의 중요한 장점은 가열 시 분해에 대한 저항성과 같은 폴리머의 다른 물리적 특성을 변경하지 않는 것으로 보인다는 것입니다.

“폴리머 엔지니어들은 재료를 더 강하게 만드는 방법을 알고 있지만, 여기에는 변함없이 변경하고 싶지 않은 재료의 다른 속성을 변경하는 작업이 포함됩니다. 여기에서 인성 향상은 적어도 우리가 측정할 수 있는 물리적 특성의 다른 중요한 변화 없이 이루어집니다.”라고 듀크 대학의 화학 교수이자 또 다른 수석 저자인 Stephen Craig는 말합니다.

이 프로젝트는 크레이그(Craig), 듀크(Duke) 교수 마이클 루빈스타인(Michael Rubinstein), MIT 교수 브래들리 올슨(Bradley Olsen)이 두 가지 유형의 빌딩 블록으로 만들어진 스타 폴리머 네트워크의 강도를 측정한 2021년 연구의 후속 조치였습니다. 각 팔의 끝에 결합하여 그물 같은 구조를 만드는 링커입니다. 예상한 대로, 폴리머 가닥을 함께 고정하기 위해 더 약한 말단 링커를 사용하면 재료가 더 약해졌습니다.

새로운 연구에서 연구진은 폴리머 가닥이 끝 부분에서 결합되는 대신 무작위 위치에서 다른 가닥과 교차 연결되는 다른 유형의 네트워크를 조사했습니다. 이번에는 약한 링커를 사용하여 재료의 찢어짐에 대한 저항력이 훨씬 더 높아졌습니다.

그 이유는 약한 결합이 물질 전체에 걸쳐 강한 가닥 사이의 접합부로서 무작위로 분포되어 있기 때문이라고 연구진은 믿고 있습니다. 이 물질이 한계점까지 늘어나면 이를 통해 전파되는 균열은 더 강한 결합을 피하고 대신 더 약한 결합을 통과하려고 합니다. 이는 균열이 모든 결합의 강도가 동일한 경우보다 더 많은 결합을 끊어야 함을 의미합니다.

Johnson은 "이러한 결합이 더 약하더라도 균열이 가장 약한 결합을 통과하여 더 긴 경로가 되기 때문에 더 많은 결합을 끊어야 합니다."라고 Johnson은 말합니다.

실제로 약한 가교제가 포함된 폴리아크릴레이트는 약한 가교제가 재료의 약 2%만 구성되어 있는 경우에도 더 강한 가교결합 분자로 만든 폴리아크릴레이트보다 찢어지기가 9~10배 더 어렵습니다.

Johnson은 "두 재료가 네트워크 수준에서 동일한 구조와 동일한 특성을 가지지만 거의 1000배의 인열 차이를 갖는 경우는 매우 드뭅니다."라고 말했습니다.

이 이야기는 2023년 9월/10월호의 일부였습니다.

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