ชา (Tea)

โพลีเมอร์ยืดหยุ่นที่ทั้งแข็งและเหนียว แก้ปัญหากวนใจที่มีมายาวนาน

ไฮโดรเจลพันกันสูง (ซ้าย) และไฮโดรเจลธรรมดา (ขวา) เครดิต: วิทยาศาสตร์ Suo Lab/Harvard SEAS Polymer ได้ทำให้ยางล้อ เทฟลอนและเคฟลาร์ ขวดน้ำพลาสติก แจ็กเก็ตไนลอนเป็นไปได้ ท่ามกลางลักษณะอื่นๆ ที่แพร่หลายในชีวิตประจำวัน โพลีเมอร์ยืดหยุ่นหรือที่เรียกว่าอีลาสโตเมอร์สามารถยืดและปล่อยซ้ำๆ ได้ และนำไปใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น ถุงมือและลิ้นหัวใจ ซึ่งต้องใช้งานได้ยาวนานโดยไม่ฉีกขาด แต่ปัญหาก็คือนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพอลิเมอร์ที่นิ่งงันอยู่นาน: โพลีเมอร์ยืดหยุ่นสามารถแข็งได้ หรือแข็งก็ได้ แต่ไม่สามารถเป็นทั้งสองอย่างได้ ความขัดแย้งระหว่างความแข็งตึงและความเหนียวนี้เป็นความท้าทายสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่กำลังพัฒนาโพลีเมอร์ที่สามารถนำมาใช้ในการใช้งานต่างๆ รวมถึงการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ กาวชีวภาพ การพิมพ์ทางชีวภาพ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ และหุ่นยนต์แบบนิ่ม ในบทความที่ตีพิมพ์ในวันนี้ใน Science นักวิจัยจาก Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ได้แก้ไขข้อขัดแย้งที่มีมายาวนานและพัฒนาอีลาสโตเมอร์ที่ทั้งแข็งและเหนียว Zhigang Suo, the Allen E. และ Marilyn M. Puckett ศาสตราจารย์ด้านกลศาสตร์และวัสดุ ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าวว่า “นอกเหนือจากการพัฒนาโพลีเมอร์สำหรับการใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่ นักวิทยาศาสตร์กำลังเผชิญกับความท้าทายเร่งด่วน: มลภาวะจากพลาสติก” “การพัฒนาโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้นำเรากลับมาสู่คำถามพื้นฐานอีกครั้ง ทำไมโพลีเมอร์บางชนิดถึงแข็ง แต่บางชนิดก็เปราะ เราจะทำให้โพลีเมอร์ต้านทานการฉีกขาดภายใต้การยืดซ้ำๆ ได้อย่างไร” โซ่โพลีเมอร์ทำขึ้นโดยเชื่อมโยงหน่วยการสร้างโมโนเมอร์เข้าด้วยกัน ในการทำให้วัสดุมีความยืดหยุ่น โซ่โพลีเมอร์จะถูกเชื่อมขวางด้วยพันธะโควาเลนต์ ยิ่งเชื่อมขวางมาก โซ่โพลีเมอร์จะสั้นลงและวัสดุยิ่งแข็ง “เมื่อสายโซ่โพลีเมอร์ของคุณสั้นลง พลังงานที่คุณสามารถเก็บไว้ในวัสดุก็จะลดลงและวัสดุก็จะเปราะ” Junsoo Kim นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ SEAS และผู้ร่วมเขียนบทความฉบับแรกกล่าว “ถ้าคุณมีโซ่ตรวนเพียงไม่กี่ตัว โซ่จะยาวกว่า และวัสดุก็แข็งแต่ก็นิ่มเกินกว่าจะมีประโยชน์” เพื่อพัฒนาพอลิเมอร์ที่มีทั้งแข็งและเหนียว นักวิจัยมองที่ทางกายภาพ มากกว่าพันธะเคมีเพื่อเชื่อมโยงโซ่พอลิเมอร์ พันธะทางกายภาพเหล่านี้ เรียกว่า สิ่งพัวพัน เป็นที่รู้จักกันดีในภาคสนามมาเกือบตราบเท่าที่วิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ยังคงมีอยู่ แต่คิดว่าจะส่งผลต่อความฝืดเท่านั้น ไม่ใช่ความเหนียว แต่ทีมวิจัยของ SEAS พบว่าหากมีสิ่งกีดขวางเพียงพอ พอลิเมอร์อาจกลายเป็นของแข็งได้โดยไม่ลดทอนความแข็งลง เพื่อสร้างโพลีเมอร์ที่มีความพันกันสูง นักวิจัยได้ใช้สารละลายสารตั้งต้นโมโนเมอร์เข้มข้นซึ่งมีน้ำน้อยกว่าสูตรโพลีเมอร์อื่นๆ ถึง 10 เท่า สายโซ่โพลีเมอร์แต่ละสายจะมีสิ่งกีดขวางจำนวนมากตามความยาว (ซ้าย) และมีตัวเชื่อมขวางที่ปลายแต่ละด้าน โพลีเมอร์แบบยืด (ตรงกลาง) ที่แสดงการส่งผ่านของความตึงไปยังโซ่อื่น เครดิต: Suo Lab/Harvard SEAS “การรวมตัวกันของโมโนเมอร์ทั้งหมดลงในสารละลายนี้โดยใช้น้ำน้อยลงแล้วพอลิเมอร์ เราบังคับให้พวกมันพันกันเหมือนเส้นด้ายพันกัน” Guogao Zhang นักวิจัยระดับดุษฎีบัณฑิตที่ SEAS และผู้ร่วมวิจัยกล่าว เขียนบทความก่อน เช่นเดียวกับผ้าถัก ด้วยสิ่งกีดขวางเหล่านี้หลายร้อยชิ้น จำเป็นต้องมีการเชื่อมขวางทางเคมีเพียงเล็กน้อยเพื่อให้พอลิเมอร์มีความเสถียร “ในฐานะที่เป็นอีลาสโตเมอร์ โพลีเมอร์เหล่านี้มีความเหนียว แข็งแรง และต้านทานความล้าสูง” Meixuanzi Shi นักวิชาการที่มาเยี่ยมที่ SEAS และผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าว “เมื่อโพลีเมอร์ถูกแช่ในน้ำเพื่อให้กลายเป็นไฮโดรเจล พวกมันจะมีแรงเสียดทานต่ำและมีความทนทานต่อการสึกหรอสูง” ความต้านทานการเมื่อยล้าสูงและความต้านทานการสึกหรอสูงนั้นจะเพิ่มความทนทานและอายุการใช้งานของโพลีเมอร์ “การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าการใช้สิ่งกีดขวางมากกว่าการเชื่อมขวาง เราสามารถลดการใช้พลาสติกบางชนิดได้โดยการเพิ่มความทนทานของวัสดุ” นายจางกล่าว “เราหวังว่าความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างพอลิเมอร์นี้จะขยายโอกาสสำหรับการใช้งานและปูทางสำหรับวัสดุพอลิเมอร์ที่มีความยั่งยืนและยาวนานยิ่งขึ้นด้วยคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่นเหล่านี้” นายคิมกล่าว ข้อมูลเพิ่มเติม: Zhigang Suo การแตกหัก ความล้า และการเสียดสีของพอลิเมอร์ซึ่งสิ่งกีดขวางมีจำนวนมากกว่าตัวเชื่อมขวาง Science (2021) DOI: 10.1126/science.abg6320 การอ้างอิง: โพลีเมอร์ยืดหยุ่นที่มีทั้งความแข็งและเหนียว แก้ปัญหาที่สงสัยมายาวนาน (2021, 7 ตุลาคม) ดึงข้อมูลเมื่อ 7 ตุลาคม พ.ศ. 2564 จาก https://phys.org/news/2021-10-elastic- polymer-stiff-tough-long-standing.html เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

  • บ้าน
  • Beverage & Drink
  • กาแฟ (Coffee)
  • ชา (Tea)
  • น้ำ (Water)
  • น้ำนม (Milk)
  • น้ำผลไม้ (Juices)
  • ม็อกเทล (Mocktails)
  • Back to top button