نانوکامپوزیت‌های مستحکم با خاصیت کشسانی

مهندسین آمریکایی با الهام گرفتن از تار عنکبوت راهی برای ساختن نوعی مواد نانوکامپوزیتی جدید با استحکام و کشش بیشتر ابداع کردند. این نانومواد را می‌توان در حوزه‌های نظامی، منسوجات و زیست‌پزشکی به‌کار برد. اگر چه امکان ساخت موادی با استحکام یا خاصیت کشسانی بالا وجود دارد ولی ساختن موادی با هر دوی این خواص، کار مشکلی است. هم‌اکنون Gareth McKinley و همکارانش در MIT با مطالعه تار عنکبوت و تلاش برای تقلید از خواص آن به این امر نائل شدند.

تار عنکبوت علاوه بر استحکام بالا دارای خاصیت کشسانی خوبی نیز هستند. زیرا حاوی
بلورهای بسیار ریزی است که کاملاً نزدیک به هم متمرکز شده و به یک پروتئین کشسان که
محیط پلیمری اطراف آنها را تشکیل می‌دهد چسبیده‌اند. این بلورها ساختار این مواد را
در مقیاس نانو تقویت می‌کنند.
McKinley و همکارانش تلاش خود را بر تجاری‌سازی تقویت الاستومرهای پلی‌یورتان به
نام الاستان که دارای زمینه لاستیکی با صفحات کوچک رسی در مقیاس نانو هستند متمرکز
کردند. این محققان فرآیندی برای قرار دادن این تراشه رسی در بستر پلیمر ابداع کردند.
آنها این عمل را ابتدا با حل کردن تراشه‌های رسی در آب و سپس مخلوط کردن آن با حلال
دی‌متیل استامید (DMAC) که می‌تواند پلی‌یورتان را حل کند انجام دادند. سرانجام پلی‌یورتان
را به مخلوط خاک‌رس- DMAC افزوده و حلال را حذف کردند. نانوکامپوزیت‌های حاصل
مخلوطی از ذرات سفت خاک رس هستند که در یک بستر کشسان که اکنون محکمتر شده است حل
شده‌اند.
محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) مشاهده کردند که صفحات کوچک
رسی به طور تصادفی در بستر ماده پراکنده شده‌اند. این بدین معناست که ماده در تمام
جهات تقویت شده و حتی در دمای بالا (۱۵۰ درجه سانتیگراد) هم دچار تغییر شکل اندکی
شده است.
این کامپوزیت‌های مولکولی می‌توانند برای غشاهای سبک جدید و موانع گازی که در پیل‌های
سوختی کاربرد دارند مناسب باشند. این امر به دلیل ساختار سخت رس است که استحکام
مکانیکی بالایی را ایجاد و از تخریب ماده در دماهای بالا جلوگیری می‌کند.
ماده جدید می‌تواند درکاربردهای نظامی هم از قبیل لایه‌های مقاوم در برابر پارگی
برای محافظت از بدن استفاده شود. شرکت‌های نساجی هم علاقه زیادی برای استفاده از
این کامپیویت‌ها در ساخت الیاف مشابه نایلون و کیلرا نشان داده‌اند. علاوه بر این
از این روش می‌توان برای ساخت پلیمرهای زیست سازگار که در تجهیزات زیست‌پزشکی به‌کار
می‌روند نیز استفاده کرد.
نتایج این محققان در Nature Materials منتشر شده است.