de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Universität Osaka (University of Osaka) haben eine Mehrpfad-Kooperationsstrategie zur Zähigung von Elastomeren entwickelt. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications (Nature Communications) veröffentlicht.
Elastomere sind hochelastische Polymere, die sich unter äußerer Belastung stark verformen und nach Wegfall der Belastung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können. Herkömmliche Elastomere weisen jedoch eine unzureichende Zähigkeit auf, sodass Mikrorisse leicht zum Reißen des Materials führen können. Um die Zähigkeit zu verbessern, wird in der Industrie üblicherweise eine Energiedissipationsstrategie eingesetzt, bei der das Polymer während der Verformung mechanische Energie absorbiert und umwandelt, wodurch das Risiko der Rissausbreitung verringert wird.
Derzeit gibt es drei Hauptwege der Energiedissipation. Der erste ist das molekulare Gleiten, bei dem Rotaxanmoleküle in das Elastomer eingebaut werden, die unter Krafteinwirkung gleiten und rotieren und so die Spannung umverteilen. Der zweite ist der kraftinduzierte Bindungsbruch, bei dem Moleküle mit „Opfer“-Bindungen in das Elastomer eingebettet werden, die unter Belastung brechen und so die Schädigung verzögern. Der dritte ist die Kettenverschlaufung, bei der durch molekulares Design strukturell definierte Verschlaufungen eingeführt werden, die es den Ketten ermöglichen, unter Belastung zu gleiten und die Netzwerkspannung umzuverteilen.
Die alleinige Anwendung einer dieser Strategien führt nur zu einer begrenzten Verbesserung der Elastomerzähigkeit. Die Integration mehrerer Mechanismen in einem einzigen Material und deren sequenzielle Aktivierung zur Erzielung einer synergistischen Zähigung bleibt eine technische Herausforderung. Das Team der Universität Osaka führte Ringmoleküle mit Opferbindungen in das Elastomer ein. Der Erstautor Xue Li erklärte, dass die Studie drei Energiedissipationswege integriert, die mit zunehmender Belastung nacheinander aktiviert werden. Bei Belastung gleiten die Ringmoleküle zunächst, um die Kraft zu absorbieren; bei steigender Belastung spalten sich die Ringe und bilden lineare Ketten; unter noch höherer Belastung verschlaufen sich die linearen Ketten mit anderen Ketten und dissipieren Energie durch Netzwerkgleiten. Dieser sequenzielle Aktivierungsmechanismus verbessert die Zähigkeit des Elastomers synergistisch.
Diese Strategie kann zur Herstellung von Materialien verwendet werden, die sowohl Flexibilität als auch Haltbarkeit vereinen, mit Anwendungen in Produkten wie Reifen, Handschuhen und Klebstoffen. Die entsprechende Studie wurde unter dem Titel „Zähigung von Elastomeren durch sequenzielle Aktivierung von Mehrpfad-Energiedissipation“ in Nature Communications veröffentlicht. Die DOI der Arbeit lautet 10.1038/s41467-026-74148-z.
