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美荷科學(xué)家通過(guò)“計(jì)算化學(xué)”開(kāi)發(fā)出新型高聚材料
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- 發(fā)布時(shí)間:2021-04-19
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【概要描述】計(jì)算化學(xué)帶來(lái)新型超強(qiáng)自愈高聚材料 有望給運(yùn)輸、航空、微電子等行業(yè)帶來(lái)變革 科技日?qǐng)?bào)訊最近,美國(guó)IBM研究所與加州大學(xué)伯克利分校、荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)等單位科學(xué)家合作,通過(guò)“計(jì)算化學(xué)”將實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與高精計(jì)算相結(jié)合,模擬新材料的形成反應(yīng),開(kāi)發(fā)出兩種能循環(huán)利用的新型高聚材料,有望給運(yùn)輸、航空、微電子等行業(yè)的加工制造帶來(lái)變革?! ?jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,這些新材料首先具有抗開(kāi)裂性質(zhì),強(qiáng)度高于骨骼,還
美荷科學(xué)家通過(guò)“計(jì)算化學(xué)”開(kāi)發(fā)出新型高聚材料
【概要描述】計(jì)算化學(xué)帶來(lái)新型超強(qiáng)自愈高聚材料 有望給運(yùn)輸、航空、微電子等行業(yè)帶來(lái)變革 科技日?qǐng)?bào)訊最近,美國(guó)IBM研究所與加州大學(xué)伯克利分校、荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)等單位科學(xué)家合作,通過(guò)“計(jì)算化學(xué)”將實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與高精計(jì)算相結(jié)合,模擬新材料的形成反應(yīng),開(kāi)發(fā)出兩種能循環(huán)利用的新型高聚材料,有望給運(yùn)輸、航空、微電子等行業(yè)的加工制造帶來(lái)變革?! ?jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,這些新材料首先具有抗開(kāi)裂性質(zhì),強(qiáng)度高于骨骼,還
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計(jì)算化學(xué)帶來(lái)新型超強(qiáng)自愈高聚材料
有望給運(yùn)輸、航空、微電子等行業(yè)帶來(lái)變革
科技日?qǐng)?bào)訊 最近,美國(guó)IBM研究所與加州大學(xué)伯克利分校、荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)等單位科學(xué)家合作,通過(guò)“計(jì)算化學(xué)”將實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與高精計(jì)算相結(jié)合,模擬新材料的形成反應(yīng),開(kāi)發(fā)出兩種能循環(huán)利用的新型高聚材料,有望給運(yùn)輸、航空、微電子等行業(yè)的加工制造帶來(lái)變革。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,這些新材料首先具有抗開(kāi)裂性質(zhì),強(qiáng)度高于骨骼,還能變形自愈,所有材料能完全恢復(fù)成最初原料的樣子。而且,它還能“變身”成新的聚合結(jié)構(gòu),強(qiáng)度再增加50%,成為另一種超強(qiáng)輕質(zhì)材料。相關(guān)論文發(fā)表在當(dāng)天的《科學(xué)》雜志上。
航空材料需要有良好的抗開(kāi)裂性,但目前的聚合材料抗開(kāi)裂能力有限,而且很難循環(huán)利用,不能重鑄、自愈或熱分解,廢棄材料只能用廢渣填埋法處理。研究小組發(fā)現(xiàn)的是一個(gè)新材料“家族”,其屬性可按照需要廣泛調(diào)節(jié),也為探索研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)帶來(lái)更多機(jī)會(huì)。他們開(kāi)發(fā)出的兩種新型材料各具特色,包括高硬度、耐溶解、開(kāi)裂自愈強(qiáng)化等。
這些新型聚合材料原料廉價(jià),通過(guò)冷凝反應(yīng)大分子連在一起,小分子形成水或乙醇。反應(yīng)簡(jiǎn)單而容易調(diào)節(jié)。在250℃時(shí),聚合物通過(guò)共價(jià)鍵重組,除去溶劑變得比骨骼還強(qiáng),但缺點(diǎn)是脆而易碎。它在高pH值水中分毫無(wú)損,但在低pH值水中會(huì)選擇性分解,因此適當(dāng)條件下,能可逆地變成最初材料形式,重新形成新的聚合結(jié)構(gòu)。而且,把聚合物與碳納米管或其他強(qiáng)化填充劑混合,高溫加熱后能變得更強(qiáng),擁有類(lèi)似于金屬的性質(zhì),用在飛機(jī)、汽車(chē)上。
在室溫環(huán)境下,能形成另一種像彈力膠似的聚合材料,溶劑嵌在聚合網(wǎng)絡(luò)中,不僅強(qiáng)度比大部分聚合材料更高,而且仍保持柔韌性,就像橡膠帶。如果開(kāi)裂,把碎片拼在一起,能在幾秒鐘內(nèi)重新形成化學(xué)鍵而連成一個(gè)整體。這種性質(zhì)讓它能在中性環(huán)境實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,在需要可逆重組的應(yīng)用領(lǐng)域大顯身手。
研究人員指出,這種非傳統(tǒng)的方法將帶來(lái)許多前所未有的新材料,加速新材料的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 “雖然高性能材料研究已取得巨大進(jìn)步,但目前設(shè)計(jì)的聚合材料還缺乏許多基本性質(zhì)。新材料創(chuàng)新在應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品等方面非常關(guān)鍵?!盜BM研究所先進(jìn)有機(jī)材料科學(xué)家詹姆斯·海德里克說(shuō),“現(xiàn)在,我們能通過(guò)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)分子在化學(xué)反應(yīng)中會(huì)怎樣,制造出新的聚合結(jié)構(gòu),幫助推動(dòng)新材料的開(kāi)發(fā),滿(mǎn)足交通運(yùn)輸、微電子或先進(jìn)制造行業(yè)中對(duì)復(fù)雜先進(jìn)材料的需求。”(常麗君)
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