Исследователи представят свои результаты сегодня на Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS) осенью 2019 года.
«Это не те вещи, которые медленно разлагаются в течение года, как биоразлагаемые пластмассы, с которыми потребители могут быть знакомы», – говорит Пол Коль, доктор философии.D., чья команда разработала материал. "Этот полимер мгновенно исчезает, когда вы нажимаете кнопку, чтобы запустить внутренний механизм, или когда на него падает солнце."Исчезающие полимеры были разработаны для Министерства обороны, которое заинтересовано в развертывании электронных датчиков и средств доставки, которые не оставляют следов своего существования после использования, что позволяет избежать обнаружения и уменьшить необходимость в восстановлении устройств.
Ключ к исчезновению или разложению полимера – это "потолочная температура".«Ниже предельной температуры предпочтительна конфигурация полимера, но выше этой температуры полимер распадется на составляющие его мономеры. Обычные полимеры, такие как полистирол, имеют потолочную температуру выше температуры окружающей среды и очень стабильны. И даже когда они нагреваются выше температуры потолка, некоторые из этих материалов могут долго разлагаться.
Например, тысячи химических связей связывают все мономеры вместе в полистироле, и все эти связи должны быть разорваны, чтобы материалы разложились. Но с полимерами с низкой температурой предела, такими как циклические, которые использует Коль, только одна связь должна разорваться, а затем все остальные связи распадаются, поэтому деполимеризация происходит быстро. Процесс может быть инициирован скачком температуры от внешнего или встроенного источника или светочувствительным катализатором.
В течение многих лет исследователи пытались создать эти полимеры, но безуспешно из-за нестабильности материалов при комнатной температуре.
Исследовательская группа Коля в Технологическом институте Джорджии обнаружила, что они могут решить эту проблему, если будут осторожны, чтобы удалить все примеси, образующиеся во время синтеза. Кроме того, они обнаружили ряд альдегидов, включая фталевый альдегид, которые легко образуют циклические полимеры. Оптимизировав синтез этого полимера, они сосредоточились на том, как заставить его исчезнуть.
Для этого исследователи ввели в полимер светочувствительную добавку, которая поглощает свет и катализирует деполимеризацию. «Изначально мы сделали его светочувствительным только к ультрафиолетовому свету, чтобы мы могли изготавливать детали в хорошо освещенной комнате с флуоресцентным освещением, и все было в порядке; это было стабильно», – говорит Коль. Но когда полимер был помещен снаружи, воздействие солнечного света испарило его (или, в некоторых случаях, снова превратило его в жидкость).
Следовательно, машина, развернутая ночью, исчезнет с восходом солнца.
Группа Коля с тех пор открыла новые добавки, которые могут запускать деполимеризацию при разных длинах волн видимого света, поэтому полимер может разлагаться в помещении. «У нас есть полимеры, предназначенные для таких случаев, когда вы входите в комнату, включаете свет, и вещь исчезает», – говорит Коль.
Группа также определила, как остановить деполимеризацию. «У нас есть способ отложить деполимеризацию на определенное время – один час, два часа, три часа», – говорит он. "Вы будете держать его в темноте, пока не собираетесь использовать, но затем вы развернете его в течение дня, и у вас будет три часа, прежде чем он разложится.«Команда также рассмотрела химические методы, чтобы начать процесс разложения. Кроме того, они тестируют различные сополимеры, которые могут быть добавлены к фталевому альдегиду для изменения свойств материала без изменения его способности исчезать.
Коль говорит, что этот материал, похожий на "Джеймса Бонда", уже используется другими исследователями в военных устройствах. Но он также видит потенциал материалов для невоенного применения. Например, исследователи создали исчезающую эпоксидную смолу для временного клея, который можно использовать в строительных материалах. Они также предполагают, что этот материал можно использовать в качестве датчиков для мониторинга окружающей среды.
Как только датчики закончат сбор данных, нет риска засорения окружающей среды, так как они могут испаряться. Материал также может использоваться для транспортных средств доставки в отдаленных районах, где восстановление затруднено.