جامعة أوساكا اليابانية تطور استراتيجية متعددة المسارات لزيادة متانة الإيلاستومرات

أخبار ar.wedoany.com، طور باحثون في جامعة أوساكا (University of Osaka) اليابانية استراتيجية تعاونية متعددة المسارات لزيادة متانة الإيلاستومرات، وقد نُشرت النتائج ذات الصلة في مجلة "نيتشر كوميونيكيشنز" (Nature Communications).

الإيلاستومرات هي بوليمرات عالية المرونة، يمكنها التشوه بشكل كبير تحت الإجهاد الخارجي والعودة إلى شكلها الأصلي بعد زوال الإجهاد. ومع ذلك، فإن الإيلاستومرات التقليدية تفتقر إلى المتانة الكافية، حيث يمكن للشقوق المجهرية أن تؤدي بسهولة إلى تمزق المادة. لتحسين المتانة، تعتمد الصناعة عادةً على استراتيجيات تبديد الطاقة، حيث تمتص البوليمرات الطاقة الميكانيكية وتحولها أثناء عملية التشوه، مما يقلل من خطر انتشار الشقوق.

يوجد حاليًا ثلاثة مسارات رئيسية لتبديد الطاقة. الأول هو الانزلاق الجزيئي، وذلك بإدراج جزيئات الروتاكسان في الإيلاستومر، مما يسمح لها بالانزلاق والدوران تحت تأثير القوى الخارجية، وإعادة توزيع الإجهاد. الثاني هو كسر الروابط الناجم عن القوة، حيث تُدمج جزيئات تحتوي على روابط "تضحية" في الإيلاستومر، وتنكسر هذه الروابط تحت الإجهاد، مما يؤخر الضرر. الثالث هو تشابك السلاسل، وذلك بإدخال تشابكات محددة البنية من خلال التصميم الجزيئي، مما يسمح للسلاسل بالانزلاق تحت الإجهاد وإعادة توزيع التوتر في الشبكة.

استخدام أي من هذه الاستراتيجيات بمفردها له تأثير محدود في تحسين متانة الإيلاستومرات. لا يزال تحقيق دمج آليات متعددة في مادة واحدة وتفعيلها بشكل متسلسل لتحقيق متانة تعاونية يمثل تحديًا تقنيًا. قام فريق جامعة أوساكا بإدخال جزيئات حلقية تحتوي على روابط تضحية في الإيلاستومر. أوضحت شيويه لي، المؤلفة الأولى، أن الدراسة دمجت ثلاثة مسارات لتبديد الطاقة، ويتم تفعيلها بشكل متسلسل مع زيادة الإجهاد المطبق. عند تطبيق الإجهاد، تنزلق الجزيئات الحلقية أولاً لامتصاص القوة؛ وعند زيادة الإجهاد، تتحلل الحلقات لتشكل سلاسل خطية؛ وتحت إجهاد أعلى، تتشابك السلاسل الخطية مع سلاسل أخرى، مما يبدد الطاقة من خلال انزلاق الشبكة. تعمل آلية التفعيل المتسلسل هذه بشكل تعاوني على تحسين متانة الإيلاستومر.

يمكن استخدام هذه الاستراتيجية لتصنيع مواد تجمع بين المرونة والمتانة، مع تطبيقات تشمل منتجات مثل الإطارات والقفازات والمواد اللاصقة. نُشرت الدراسة ذات الصلة في مجلة "نيتشر كوميونيكيشنز" تحت عنوان "زيادة متانة الإيلاستومرات من خلال التفعيل المتسلسل لتبديد الطاقة متعدد المسارات"، ورقم DOI الخاص بالورقة هو 10.1038/s41467-026-74148-z.