Forsvindende handling:Enheden forsvinder på kommando efter militære missioner

En polymer, der selvdestruerer? Mens engang en fiktiv idé, Der findes nu nye polymerer, der er robuste nok til at fragte pakker eller sensorer til fjendtligt territorium og fordampe umiddelbart efter en militær missions afslutning. Materialet er blevet lavet til et stivvinget svævefly og et nylonlignende faldskærmsstof til luftbåren levering over afstande på hundrede miles eller mere. Det kunne også bruges en dag i byggematerialer eller miljøsensorer.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition efterår 2019.

"Det er ikke den slags ting, der langsomt forringes over et år, som den biologisk nedbrydelige plast, som forbrugerne måske er bekendt med, " siger Paul Kohl, Ph.D., hvis team udviklede materialet. "Denne polymer forsvinder på et øjeblik, når du trykker på en knap for at udløse en intern mekanisme, eller solen rammer den." De forsvindende polymerer blev udviklet til forsvarsministeriet, som er interesseret i at implementere elektroniske sensorer og leveringskøretøjer, der ikke efterlader spor af deres eksistens efter brug, på den måde undgår man opdagelse og mindsker behovet for gendannelse af enheden.

Nøglen til at få en polymer til at forsvinde, eller gå i stykker, er "lofttemperatur". Under loftstemperaturen, en polymerkonfiguration foretrækkes, men over den temperatur, polymeren vil bryde fra hinanden til sine komponentmonomerer. Almindelige polymerer, som polystyren, har en lofttemperatur over omgivelsestemperaturen og er meget stabile. Og selv når de er opvarmet over deres lofttemperatur, nogle af disse materialer kan tage lang tid at nedbryde. For eksempel, tusindvis af kemiske bindinger binder alle monomererne sammen i polystyren, og alle disse bindinger skal brydes for at materialerne kan nedbrydes. Men med polymerer med lav lofttemperatur, såsom de cykliske, som Kohl bruger, kun et bånd skal brydes, og så går alle de andre bånd fra hinanden, så depolymeriseringen sker hurtigt. Processen kan initieres af en temperaturstigning fra en ekstern eller indlejret kilde, eller af en lysfølsom katalysator.

I mange år, forskere har forsøgt at fremstille disse polymerer, men var mislykkede på grund af materialernes ustabilitet ved stuetemperatur. Kohls forskningsgruppe ved Georgia Institute of Technology opdagede, at de kunne overvinde dette problem, hvis de var omhyggelige med at fjerne alle urenheder dannet under syntesen. Ud over, de fandt en række aldehyder, herunder phthalaldehyd, som let danner cykliske polymerer. Når de havde optimeret denne polymers syntese, de fokuserede på måder at få det til at forsvinde.

At gøre dette, forskerne inkorporerede et lysfølsomt tilsætningsstof i polymeren, som absorberer lys og katalyserer depolymerisering. "I første omgang, vi gjorde den lysfølsom over for kun ultraviolet lys, så vi kunne lave delene i et godt oplyst rum med fluorescerende belysning, og det var bare fint; det var stabilt, " siger Kohl. Men da polymeren blev placeret udenfor, udsættelse for sollys fordampede det (eller vendte det tilbage til en væske, i nogle tilfælde). Et køretøj indsat om natten ville, derfor, forsvinde med solopgangen.

Kohls gruppe har siden opdaget nye tilsætningsstoffer, der kan udløse depolymerisering ved forskellige bølgelængder af synligt lys, så polymeren kan nedbrydes indendørs. "Vi har polymerer designet til applikationer, hvor du kommer i rummet, du tænder lyset, og tingen forsvinder, " siger Kohl.

Gruppen har også bestemt, hvordan depolymerisering skal stoppes. "Vi har en måde at forsinke depolymeriseringen i et bestemt tidsrum - en time, to timer, tre timer, " siger han. "Du ville holde det i mørke, indtil du skulle bruge det, men så ville du installere det i løbet af dagen, og du ville have tre timer, før det nedbrydes." Holdet har overvejet kemiske metoder til at starte nedbrydningsprocessen, såvel. Ud over, de tester forskellige copolymerer, der kan tilsættes phthalaldehyd for at ændre materialets egenskaber uden at ændre dets evne til at forsvinde.

Kohl siger, at dette "James Bond"-lignende materiale allerede er ved at blive inkorporeret i militære anordninger af andre forskere. Men han ser også potentialet i materialerne til ikke-militære anvendelser. For eksempel, forskerne har lavet en forsvindende epoxy til et midlertidigt klæbemiddel, der kunne bruges i byggematerialer. De forestiller sig også, at materialet kan bruges som sensorer til miljøovervågning. Når sensorerne er færdige med at indsamle data, der er ingen risiko for affald i miljøet, da de kan udløses til at fordampe. Materialet kan også bruges til leveringskøretøjer i fjerntliggende områder, hvor nyttiggørelse er vanskelig.