Udvikling af en futuristisk elastomer med ultrahøj belastningsinduceret krystallisation

For at studere elastomerens yderligere funktioner brugte holdet røntgenanalyse til at vise, hvordan strukturen og belastningsinduceret afsvulmet og endebundet stjerneelastomer fremmede krystallinitet sammenlignet med almindelige elastomerer. Forskerholdet analyserede yderligere krystalstrukturen dannet ved hjælp af detaljeret røntgenanalyse, hvor de opsvulmede og endebundne stjerneelastomerer viste en diffraktionsplet for at markere dannelsen af ​​poly(ethylendioxid) krystaller i en spiralformet struktur. Denne elastomer fremmede højere belastningsinduceret krystallinitet sammenlignet med almindelige elastomerer.

Mekanisk ydeevne og elastokalorisk køling

Forskerholdet udførte mekanisk karakterisering ved 60 °C for at undersøge ultrahøj belastningsinduceret krystallisation i afsvulmede endebundne elastomerer, som effektivt fremmede høj sejhed med lav spændingsstrækhysterese. Hartquist og teamet forstærkede de blødeste materialer ved at introducere reversible bindinger for at fremkalde stor stress-strækhysterese.

Forskerne undersøgte yderligere elastomers strækbarhed for at vise, hvordan materialerne strakte sig ud over grænserne for sammenfiltrede netværk til bredere anvendelser. De undersøgte derefter potentialet for at bruge et kalorieholdigt materiale til faststofkøling ved at undersøge den elastokaloriske effekt i afsvulmede endeforbundne stjerneelastomerer og sammenlignede resultaterne med konventionelle elastomerer.

Forskerne undersøgte potentialet for at bruge et kalorieholdigt materiale til faststofkøling ved at studere elastokaloriske effekter i afsvulmede endeforbundne stjerneelastomerer sammenlignet med naturgummi. En ideel elastokalorisk afkølingscyklus kan udnytte faldet i konformation af entropi til at øge termisk entropi og opvarme bulkmaterialet.

I elastomerer med belastningsinduceret krystallisation bidrog yderligere latent varme til krystallitdannelse for at øge effekten. Materialets øgede strækbarhed og ensartede kædelængdefordeling øgede den teoretiske elastokaloriske effekt sammenlignet med konventionelle elastomerer. Sådanne elastomerer dannede stærke kandidater med egnethed til avancerede solid-state køleteknologier.

Outlook

På denne måde sammenlignede materialeforskere Chase M. Hartquist og kolleger den afsvulmede og endebundne stjerneelastomer med naturgummi for at vise deres øgede stabilitet, anderledes polymerkemi og velformede struktur, der kombinatorisk øgede belastningsinduceret krystallisation og elastokalorisk effekt i elastomere materialer. Sammenligningen mellem materialerne afslørede deres strækbarhed og kemi, samt betydningen af ​​den relativt homogene struktur.

Siden den tidlige opdagelse af gummibåndet af J.R. Katz i 1924 på grund af belastningsinduceret krystallisering, har dette biomateriale spillet en væsentlig rolle i samfundet fra husholdningsartikler til bildæk. I denne rapport beskrev holdet næste generation af elastomerer udviklet med dyb belastningsinduceret krystallisation, der oversteg dimensionerne af naturgummi og andre gængse materialer.

De udviklede materialer viste evnen til at overgå konventionelle modparter, hvilket tyder på evnen til at konstruere bløde materialer ved at regulere deres netværksarkitektur. Disse materialer spiller en afgørende rolle for at konstruere futuristiske rumfartsstrukturer, medicinsk udstyr og til anvendelser af elastokalorisk køling.

Flere oplysninger: Chase M. Hartquist et al., An elastomer with ultrahigh strain-induced crystallization, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj0411

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

© 2023 Science X Network