从手机壳到导弹：创新分子让材料更耐用
从手机壳到导弹：创新分子让材料更耐用聚合物（包括各种形式的塑料）由许多较小的分子粘合而成。这种粘合使它们特别坚固，是用于保护各种物品中易碎部件的理想产品。然而，随着时间的推移、使用和暴露在不同的环境中，所有材料都会开始老化。埃里克-纳格尔展示他在桑迪亚国家实验室的团队开发的最新一批材料，他们正在努力复制一种改变聚合物传统行为的分子。图片来源：克雷格-弗里茨/桑迪亚国家实验室材料老化的最大因素之一是反复从高温暴露到低温，再从低温暴露到高温。大多数材料在加热时会膨胀，在冷却时会收缩，但每种材料都有自己的变化率。例如，聚合物的膨胀和收缩率最大，而金属和陶瓷的收缩率最小。复合材料面临的挑战领导该团队的材料科学家EricaRedline说，大多数物品都是由一种以上的材料构成的。"以手机为例，它有一个塑料外壳，再加上一个玻璃屏幕，里面还有构成电路的金属和陶瓷，"Redline说。"这些材料都是用螺丝、胶水或其他方式粘合在一起的，会以不同的速度膨胀和收缩，相互之间产生应力，时间长了就会导致开裂或翘曲"。她不断从桑迪亚的许多客户那里听到同样的抱怨。Redline说："他们总是在谈论热膨胀不匹配的问题，以及他们现有的系统如何难以使用，因为他们需要添加各种填充物来进行补偿。"就这样，Redline的想法诞生了。"我想，如果我创造出一种完美的材料，那会是什么样子呢？"在她的团队查德-斯泰格（ChadStaiger）、杰森-杜格（JasonDugger）、埃里克-纳格尔（EricNagel）、库希克-高什（KoushikGhosh）、杰夫-福斯特（JeffFoster）、肯尼斯-里昂（KennethLyons）、阿拉娜-尹（AlanaYoon）以及学术联盟合作者扎卡里亚-佩奇（ZachariahPage）教授和研究生梅根-基克（MeghanKiker）的帮助下，Redline认为她已经做到了。桑迪亚国家实验室的化学家查德-斯泰格（ChadStaiger）使用分离漏斗去除分子合成过程中的副产物。图片来源：克雷格-弗里茨/桑迪亚国家实验室行动中的分子研究小组对分子进行了改良，使其可以很容易地融入聚合物中，从而改变其特性。这确实是一种独特的分子，当加热它时，它不会膨胀，反而会通过改变形状而收缩。当它加入聚合物中时，会使聚合物的收缩程度降低，达到与金属相似的膨胀和收缩值。有一种分子的行为与金属相似，这是非常了不起的。这种分子有无限的用途。聚合物可用作电子产品、通信系统、太阳能电池板、汽车部件、印刷电路板、航空航天应用、国防系统、地板等的保护涂层。桑迪亚化学工程师杰森-杜格（JasonDugger）说："这种分子不仅解决了当前的问题，还为未来更多的创新开辟了设计空间，"他一直在研究潜在的应用，尤其是在国防系统中的应用。这项发明的另一个关键在于，它可以在3D打印中以不同的比例融入聚合物的不同部分。可以在一个区域打印出具有特定热性能的结构，而在另一个区域打印出具有其他热性能的结构，以匹配物品不同部分的材料。另一个好处是通过消除重填料来减轻材料的重量。这将使我们能够把东西做得更轻，以节省质量。例如，在发射卫星时，这一点尤为重要。我们能节省的每一克都非常有用。雷德琳说，还有一位环氧树脂配方设计师找到她，认为这种分子可以加入粘合剂中。ChadStaiger、KennethLyons、EricaRedline、AlanaYoon和EricNagel（从左至右）是桑迪亚国家实验室帮助提高材料耐用性的研究团队成员。图片来源：克雷格-弗里茨/桑迪亚国家实验室虽然研究小组只创造了少量这种分子，但他们正在努力寻找扩大生产规模的方法，以便其他桑迪亚研究人员能够测试这种分子，以满足任务需要。桑迪亚的有机化学家查德-斯泰格（ChadStaiger）负责制造这种分子。他说，他需要花费大约10天的时间来制造7-10克的分子。"不幸的是，这种分子的合成过程很长，"斯泰格说。"更多的步骤意味着更多的时间和金钱。在制药等价值较高的材料中，通常需要五到六个步骤的合成。在聚合物领域，越便宜越有利于大规模应用。"该团队正利用桑迪亚技术成熟计划提供的10万美元资金，努力减少合成步骤。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381225.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381225.htm
