Ușor, puternic și dur. Am descoperit fibre polimerice unice
Electrospinning a unei fibre poliacrilonitrilice multifibrilare.
Extrem de rezistent și de tracțiune, și în același timp dur și ușor ca o pană - materialele cu această combinație extraordinară de proprietăți sunt necesare urgent în multe ramuri ale industriei, precum și în medicină și sunt, de asemenea, de mare interes pentru cercetarea științifică. O echipă de cercetători de la Universitatea din Bayreuth a dezvoltat acum fibre polimerice cu exact aceste proprietăți. Fibrele polimerice au fost caracterizate împreună cu parteneri din Germania, China și Elveția.
„Fibrele pe care le-am descoperit pot fi ușor fabricate folosind procese de înaltă tehnologie, care sunt deja stabilite în industrie - pe baza polimerilor care sunt ușor disponibili la nivel mondial. O singură fibră este la fel de subțire ca un fir de păr uman, cântărește mai puțin decât o muscă de fructe și este încă foarte puternică: poate ridica o greutate de 30 de grame fără a rupe. Aceasta corespunde la aproximativ 150.000 de ori greutatea unei muște de fructe. Experimentele cu rezistența ridicată la tracțiune a acestor fibre dezvăluie rezistența lor extraordinară. Acest lucru înseamnă că fiecare fibră individuală poate absorbi multă energie ”, explică prof. Dr. Andreas Greiner, titular al Catedrei de Chimie Macromoleculară II de la Universitatea din Bayreuth, care a condus cercetarea. Au fost implicați și cercetători de la Forschungszentrum Jülich, Universitatea Martin Luther Halle-Wittenberg, Institutul Fraunhofer pentru Microstructura de Materiale și Sisteme IMWS, Universitatea RWTH Aachen, Universitatea Normală Jiangxi, Nanchang și ETH Zurich.
Datorită proprietăților lor speciale, fibrele polimerice sunt ideale pentru componentele tehnice care sunt expuse la sarcini mari. Acestea permit aplicații inovatoare într-o mare varietate de domenii, de exemplu în industria textilă sau tehnologia medicală, în construcțiile de automobile sau în industria aerospațială. În plus, fibrele polimerice sunt ușor de reciclat. „Suntem siguri că, prin rezultatele cercetărilor noastre, am deschis ușa către o nouă clasă de materiale care urmărește viitorul. Aplicații practice din industrie pot fi așteptate în viitorul apropiat. În știința polimerilor, fibrele noastre vor putea oferi servicii valoroase în cercetarea și dezvoltarea ulterioară a materialelor funcționale de înaltă performanță ”, spune Greiner.
Baza chimică a acestor fibre promițătoare este poliacrilonitrilul. O singură fibră, care are un diametru de aproximativ 40.000 nanometri, este la rândul ei formată din până la 4.000 de fibrile ultra-subțiri. Aceste fibrile sunt legate de cantități mici de aditiv. Imaginile cu raze X tridimensionale arată că fibrilele din fibră sunt aproape fără excepție dispuse în aceeași direcție longitudinală. „Am pregătit aceste fibre polimerice într-un laborator de electrofilare de la Universitatea din Bayreuth și le-am testat pe larg proprietățile și comportamentul. Puterea unică în combinație cu rezistența ridicată ne-a fascinat întotdeauna ", relatează omul de știință din polimerul Bayreuth, Prof. Dr. Seema Agarwal.
Primul autor al studiului publicat în „Știința” este doctoratul în chimie Bayreuth, Xiaojian Liao. „Sunt foarte mulțumit că am putut contribui la acest succes în cercetarea științei materialelor ca parte a tezei mele de doctorat. Contactele interdisciplinare intensive dintre chimie, fizică și știința materialelor din campusul din Bayreuth mi-au dat idei importante în ultimii ani ”, spune Liao.