Σφάλμα στο εργαστήριο οδηγεί σε νέα οικογένεια υλικών

Posted on 24/05/2014

0


Ενα από τα δύο νέα υπέρσκληρα πολυμερή, όπως φαίνεται μέσα από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Τα υλικά αυτά πιθανώς να βρουν εφαρμογές στις μεταφορές, αλλά και σε καταναλωτικά προϊόντα και συσκευασίες.

Ένα από τα δύο νέα υπέρσκληρα πολυμερή, όπως φαίνεται μέσα από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Τα υλικά αυτά πιθανώς να βρουν εφαρμογές στις μεταφορές, αλλά και σε καταναλωτικά προϊόντα και συσκευασίες.

JOHN MARKOFF / THE NEW YORK TIMES – kathimerini.gr

Ως ερευνήτρια σε ένα εργαστήριο της IBM, η χημικός Ζανέτ Γκαρσία περνάει τις μέρες της αναμειγνύοντας και θερμαίνοντας χημικές ουσίες, αναζητώντας πιο ανθεκτικά και εύκολα ανακυκλώσιμα πλαστικά. Πρόσφατα, ενώ ακολούθησε μια απλή συνταγή που απαιτούσε την ανάμειξη τριών συστατικών σε ένα δοχείο πειραμάτων, παρέλειψε κατά λάθος ένα στάδιο, αφήνοντας έξω ένα χημικό συστατικό. Επιστρέφοντας ύστερα από λίγο στον εργαστηριακό της πάγκο, διαπίστωσε ότι το δοχείο ήταν γεμάτο από ένα σκληρό άσπρο πλαστικό, το οποίο είχε εγκλωβίσει μέσα του μέχρι και τον αναδευτήρα.

H δρ Γκαρσία προσπάθησε να θρυμματίσει το μυστηριώδες υλικό, χωρίς όμως αποτέλεσμα. Στη συνέχεια, πήρε ένα σφυρί και έσπασε το δοχείο για να το απελευθερώσει. Αυτό το εργαστηριακό σφάλμα οδήγησε στην ανακάλυψη μιας νέας οικογένειας υλικών τα οποία είναι ασυνήθιστα σκληρά και ελαφριά, παρουσιάζουν αυτο-ιάσιμες ιδιότητες και μπορούν εύκολα να ανακυκλωθούν.

Τα δύο νέα αυτά ανθεκτικά πολυμερή θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογές στις μεταφορές. Εξαιτίας της ικανότητάς τους να ανακυκλώνονται, θα μπορούσαν επίσης να αξιοποιηθούν και σε προϊόντα καθημερινής χρήσης, όπως επίσης και στη βιομηχανία για τη συσκευασία τεχνολογιών μικροηλεκτρονικής. Τα ευρήματα της IBM δημοσιεύθηκαν στο προηγούμενο τεύχος του επιστημονικού περιοδικού Science από την ερευνητική ομάδα της εταιρείας στο Σαν Χοσέ της Καλιφόρνιας.

Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί μια έκρηξη στην ανακάλυψη νέων πολυμερών υλικών, όμως τα περισσότερα από αυτά είναι παραλλαγές υπαρχόντων συνθετικών κλάσεων που χαρακτηρίζονται από μακριές αλυσίδες απλούστερων μορίων, τα οποία συνδέονται μέσω χημικών δεσμών. Τα υλικά σήμερα βρίσκονται παντού στη σύγχρονη ζωή, από τα χρώματα μέχρι τους φακούς επαφής και από τα ρούχα μέχρι τις μπαταρίες. «Είναι η εποχή των πολυμερών», λέει ο Τζέιμς Χέντρικ, ερευνητής προηγμένων οργανικών υλικών στο ίδιο εργαστήριο της ΙΒΜ.

Οι επιστήμονες της ΙΒΜ λένε ότι αυτή είναι η πρώτη πραγματικά καινούργια οικογένεια πολυμερών που ανακαλύπτεται τις τελευταίες δεκαετίες. Παρότι δεν έχουν δώσει ακόμα όνομα σε αυτή τη νέα οικογένεια υλικών, χρησιμοποιούν τις κωδικές ονομασίες «Titan» και «Hydro». Τα υλικά αυτά δεν είναι ακόμα έτοιμα για εμπορική χρήση, παρ’ όλα αυτά, οι επιστήμονες είπαν ότι συνεργάζονται ήδη με αρκετά πανεπιστήμια πάνω σε σύνθετες εφαρμογές, οι οποίες θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις κατασκευές στον τομέα των μεταφορών, της αεροναυπηγικής και της μικροηλεκτρονικής.

Τα υλικά αυτά είναι γνωστά ως θερμοσκληρυνόμενα, επειδή για τον σχηματισμό τους απαιτείται θέρμανση. Η σκληρότητά τους οφείλεται στο τρισδιάστατο δίκτυο που σχηματίζουν οι χημικοί τους δεσμοί. Η ακαμψία των πολυμερών είναι ίδια με αυτή του κόκαλου, το οποίο είναι ένα από τα πιο σκληρά βιολογικά υλικά, και μπορούν να γίνουν μέχρι και 50% σκληρότερα αν αναμειχθούν με υλικά όπως νανοσωλήνες άνθρακα. Φαίνεται επίσης να έχουν καλύτερη απόδοση σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών σε σχέση με άλλα είδη πολυμερών.

Το περιστατικό αυτό στην ΙΒΜ θυμίζει την ανακάλυψη της ουσίας Teflon που χρησιμοποιείται στα αντικολλητικά σκεύη, λέει ο Τίμοθι Λονγκ, καθηγητής Χημείας στο Πολυτεχνείο της Βιρτζίνια. «Το “κατά τύχη” είναι η μητέρα της εφεύρεσης», προσθέτει. To 1938, o Ρόι Πλάνκετ, ερευνητής στην εταιρεία χημικών DuPont, πολυμέρισε κατά λάθος τετραφθοροαιθυλένιο, δημιουργώντας τυχαία ένα από τα πιο oλισθηρά υλικά.

Ο δρ Λονγκ, σε ένα επεξηγηματικό άρθρο που συνόδευε τη δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Science, υποστηρίζει ότι το νέο υλικό παρουσιάζει ένα σημαντικό πλεονέκτημα στην κατασκευή εύκολα ανακυκλώσιμων καταναλωτικών προϊόντων, ειδικά ηλεκτρονικών, αφού τα ηλεκτρονικά απόβλητα αποτελούν πια μεγάλο πρόβλημα.

«Τα θερμοσκληρυνόμενα υλικά είναι σχεδιασμένα ώστε να είναι εξαιρετικά ανθεκτικά σε μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας και έχουν σταθερές μηχανικές ιδιότητες. Δεν έχουν σχεδιαστεί για να είναι αναστρέψιμα», λέει ο δρ Λονγκ. «Το να έχεις όλες αυτές τις ιδιότητες σε ένα υλικό που είναι επίσης ανακυκλώσιμο είναι μεγάλη πρόοδος», προσθέτει.