యూనివర్సిటీ ఆఫ్ వర్జీనియా స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజినీరింగ్ మరియు అప్లైడ్ సైన్స్ పరిశోధకులు పాలిమర్ ఇంజనీరింగ్‌పై పాఠ్యపుస్తకాన్ని తిరిగి వ్రాయడానికి కనిపించే కొత్త పాలిమర్ డిజైన్‌ను అభివృద్ధి చేశారు. పాలీమెరిక్ పదార్ధం ఎంత దృఢంగా ఉంటే, అది తక్కువ సాగదీయడం అనేది ఇకపై సిద్ధాంతం కాదు.
“1839లో వల్కనైజ్డ్ రబ్బరు కనిపెట్టినప్పటి నుండి పరిష్కరించడం అసాధ్యమని భావించిన ఒక ప్రాథమిక సవాలును మేము పరిష్కరిస్తున్నాము” అని మెటీరియల్ సైన్స్ మరియు ఇంజనీరింగ్ మరియు కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ లిహెంగ్ కై అన్నారు.
సహజ రబ్బరును సల్ఫర్‌తో వేడి చేయడం వల్ల స్ట్రాండ్ లాంటి రబ్బరు అణువుల మధ్య రసాయన క్రాస్‌లింక్‌లు ఏర్పడతాయని చార్లెస్ గుడ్‌ఇయర్ అనుకోకుండా కనుగొన్నారు. ఈ క్రాస్‌లింకింగ్ ప్రక్రియ పాలిమర్ నెట్‌వర్క్‌ను సృష్టిస్తుంది, ఇది స్టిక్కీ రబ్బరును మారుస్తుంది, ఇది వేడిలో కరిగి ప్రవహిస్తుంది, ఇది మన్నికైన, సాగే పదార్థంగా మారుతుంది.
ఎప్పటి నుంచో, మీరు పాలిమర్ నెట్‌వర్క్ మెటీరియల్‌ను గట్టిగా చేయాలనుకుంటే, మీరు కొంత సాగదీయాలని త్యాగం చేయాల్సి ఉంటుందని నమ్ముతారు.
అంటే, పీహెచ్‌డీ నేతృత్వంలోని కై బృందం వరకు. విద్యార్థి బైకియాంగ్ హువాంగ్, వారి కొత్త “ఫోల్డబుల్ బాటిల్ బ్రష్ పాలిమర్ నెట్‌వర్క్‌లతో” వేరేలా నిరూపించాడు. కాయ్ యొక్క నేషనల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ కెరీర్ అవార్డు ద్వారా నిధులు సమకూర్చబడిన వారి పని నవంబర్ 27 సైన్స్ అడ్వాన్సెస్ సంచిక కవర్‌పై ఉంది.
‘డికప్లింగ్’ దృఢత్వం మరియు సాగతీత
“ఈ పరిమితి సాగదీయగలిగే మరియు దృఢంగా ఉండే పదార్థాల అభివృద్ధిని అడ్డుకుంది, ఇంజనీర్లు ఒక ఆస్తిని మరొకదాని ఖర్చుతో ఎంచుకోవలసి వస్తుంది” అని హువాంగ్ చెప్పారు. “ఉదాహరణకు, గుండె ఇంప్లాంట్‌ని ఊహించుకోండి, అది ప్రతి హృదయ స్పందనతో వంగి మరియు వంగి ఉంటుంది, కానీ ఇప్పటికీ సంవత్సరాలు ఉంటుంది.”
హువాంగ్ మొదట పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు షిఫెంగ్ నియన్ మరియు కైతో కలిసి పేపర్‌ను రచించాడు.
ఆటోమొబైల్ టైర్ల నుండి గృహోపకరణాల వరకు మనం ఉపయోగించే ఉత్పత్తులలో క్రాస్‌లింక్డ్ పాలిమర్‌లు ప్రతిచోటా ఉంటాయి — మరియు అవి బయోమెటీరియల్స్ మరియు ఆరోగ్య సంరక్షణ పరికరాలలో ఎక్కువగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.
బృందం వారి మెటీరియల్ కోసం ఊహించిన కొన్ని అప్లికేషన్లలో ప్రోస్తేటిక్స్ మరియు మెడికల్ ఇంప్లాంట్లు, మెరుగైన ధరించగలిగే ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు మృదువైన రోబోటిక్ సిస్టమ్‌ల కోసం “కండరాలు” ఉన్నాయి, ఇవి పదే పదే వంగడం, వంగడం మరియు సాగదీయడం అవసరం.
దృఢత్వం మరియు పొడిగింపు — పదార్థం విచ్ఛిన్నం కాకుండా ఎంత దూరం సాగుతుంది లేదా విస్తరించగలదు — అవి ఒకే బిల్డింగ్ బ్లాక్ నుండి ఉద్భవించాయి కాబట్టి అవి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి: క్రాస్‌లింక్‌ల ద్వారా అనుసంధానించబడిన పాలిమర్ తంతువులు. సాంప్రదాయకంగా, పాలిమర్ నెట్‌వర్క్‌ను గట్టిపడే మార్గం మరిన్ని క్రాస్‌లింక్‌లను జోడించడం.
ఇది మెటీరియల్‌ను గట్టిపరుస్తుంది కానీ దృఢత్వం-సాగదీయడం ట్రేడ్-ఆఫ్‌ను పరిష్కరించదు. ఎక్కువ క్రాస్‌లింక్‌లతో కూడిన పాలిమర్ నెట్‌వర్క్‌లు దృఢంగా ఉంటాయి, కానీ అవి వైకల్యానికి సమానమైన స్వేచ్ఛను కలిగి ఉండవు మరియు విస్తరించినప్పుడు అవి సులభంగా విరిగిపోతాయి.
“మా బృందం వారి స్వంత నిర్మాణంలో అదనపు పొడవును నిల్వ చేయగల ఫోల్డబుల్ బాటిల్ బ్రష్ పాలిమర్‌లను రూపొందించడం ద్వారా, మేము దృఢత్వం మరియు విస్తరణను ‘విడదీయగలము’ అని గ్రహించాము — మరో మాటలో చెప్పాలంటే, దృఢత్వాన్ని త్యాగం చేయకుండా సాగదీయవచ్చు” అని కై చెప్పారు. “మా విధానం భిన్నంగా ఉంటుంది ఎందుకంటే ఇది క్రాస్‌లింక్‌ల కంటే నెట్‌వర్క్ స్ట్రాండ్‌ల పరమాణు రూపకల్పనపై దృష్టి పెడుతుంది.”
ఫోల్డబుల్ డిజైన్ ఎలా పనిచేస్తుంది
లీనియర్ పాలిమర్ స్ట్రాండ్‌లకు బదులుగా, కై యొక్క నిర్మాణం బాటిల్ బ్రష్‌ను పోలి ఉంటుంది — కేంద్ర వెన్నెముక నుండి వెలువడే అనేక సౌకర్యవంతమైన సైడ్ చెయిన్‌లు.
విమర్శనాత్మకంగా, వెన్నెముక కుప్పకూలిపోతుంది మరియు అది సాగినప్పుడు విప్పే అకార్డియన్ లాగా విస్తరిస్తుంది. పదార్థాన్ని లాగినప్పుడు, పాలిమర్ లోపల దాగి ఉన్న పొడవు, బలహీనపడకుండా ప్రామాణిక పాలిమర్‌ల కంటే 40 రెట్లు ఎక్కువ పొడిగించటానికి అనుమతిస్తుంది.
ఇంతలో, సైడ్ చెయిన్‌లు దృఢత్వాన్ని నిర్ణయిస్తాయి, అంటే దృఢత్వం మరియు సాగదీయడం చివరకు స్వతంత్రంగా నియంత్రించబడతాయి.
ఇది పాలిమర్ నెట్‌వర్క్‌ల కోసం “సార్వత్రిక” వ్యూహం ఎందుకంటే ఫోల్డబుల్ బాటిల్ బ్రష్ పాలిమర్ నిర్మాణాన్ని రూపొందించే భాగాలు నిర్దిష్ట రసాయన రకాలకు పరిమితం కావు.
ఉదాహరణకు, వారి డిజైన్లలో ఒకటి సైడ్ చెయిన్‌ల కోసం పాలిమర్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, అది చల్లని ఉష్ణోగ్రతలలో కూడా అనువైనదిగా ఉంటుంది. కానీ బయోమెటీరియల్ ఇంజనీరింగ్‌లో సాధారణంగా ఉపయోగించే వేరే సింథటిక్ పాలిమర్‌ని ఉపయోగించడం, సైడ్ చెయిన్‌లు జీవ కణజాలాన్ని అనుకరించే జెల్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలవు.
కై యొక్క ల్యాబ్‌లో అభివృద్ధి చేయబడిన అనేక నవల మెటీరియల్‌ల వలె, ఫోల్డబుల్ బాటిల్ బ్రష్ పాలిమర్ 3D-ముద్రించదగినదిగా రూపొందించబడింది. అకర్బన నానోపార్టికల్స్‌తో కలిపినప్పుడు కూడా ఇది నిజం, ఇది క్లిష్టమైన విద్యుత్, అయస్కాంత లేదా ఆప్టికల్ లక్షణాలను ప్రదర్శించడానికి రూపొందించబడింది.
ఉదాహరణకు, వారు వెండి లేదా బంగారు నానోరోడ్‌ల వంటి వాహక నానోపార్టికల్‌లను జోడించవచ్చు, ఇవి సాగదీయగల మరియు ధరించగలిగే ఎలక్ట్రానిక్‌లకు కీలకం.
“నిర్దిష్ట అవసరాల ఆధారంగా అకర్బన నానోపార్టికల్స్ యొక్క లక్షణాలను ఉపయోగించేటప్పుడు బలం మరియు సాగదీయడం సమతుల్యం చేసే పదార్థాల రూపకల్పన కోసం ఈ భాగాలు మాకు అంతులేని ఎంపికలను అందిస్తాయి” అని కై చెప్పారు.
