Vědci z MIT vyvinuli revoluční plasty a pneumatiky: Při nárazu se nelámou, ale chytře rozptýlí energii

Rozbitý telefon po pádu na chodník nebo roztrhané pneumatiky po smyku na dálnici jsou běžné problémy, které se vědci dlouhodobě snaží řešit.

Rozbitý telefon po pádu na chodník nebo roztrhané pneumatiky po smyku na dálnici jsou běžné problémy, které se vědci dlouhodobě snaží řešit. Tým chemiků z Massachusettského technologického institutu (MIT) nyní přišel s průlomovým řešením, jak výrazně zvýšit odolnost plastů a pryže.

Namísto snahy o to, aby byly plasty tvrdší a tužší, se vědci zaměřili na to, aby se řízeně lámaly. Zjistili, že přidáním oslabených chemických vazeb, takzvaných mechanoforů, do běžných polymerů lze materiály učinit mnohem odolnějšími vůči vysokorychlostním nárazům. Tyto obětované vazby se selektivně lámou v místě nárazu, čímž vytvářejí dráhy, které absorbují a rozptylují destruktivní energii, zatímco okolní struktura zůstává stabilní.

„Tyto zesíťovací prvky mohou výrazně zvýšit množství energie, kterou materiál absorbuje při balistickém nárazu. Lze si představit mnoho aplikací, zvláště pokud by se to dalo zobecnit na jiné polymery,“ uvedl Jeremiah Johnson, profesor chemie na MIT. Tento nový vývoj navazuje na studii z roku 2023, která využívala slabé chemické vazby k prevenci pomalého trhání polymerů. Nyní byla tato strategie upravena pro odolnost proti rychlým a náhlým nárazům.

Pro testování použili vědci specializovaný systém nazvaný Laser-Induced Microprojectile Impact Testing (LIPIT). Ten vystřeluje mikroskopické křemičité kuličky na tenké filmy modifikovaného plastu nadzvukovou rychlostí 750 metrů za sekundu (přes 2 700 km/h). Zatímco standardní polystyren se pod takovým stresem snadno rozbil nebo propíchl, plast obohacený o nové slabé molekuly náraz s lehkostí absorboval.

Experimenty prokázaly, že zesíťovaný polystyren s mechanofory absorboval více energie nárazu než standardní nemodifikovaný polystyren. Bylo zjištěno, že vysokorychlostní nárazy lokálně zahřívají materiál a vytvářejí „mobilní zónu“, ve které se mechanoforové vazby selektivně lámou pod silou, absorbují energii a udržují okolní oblast stabilní.

Tým úspěšně replikoval tento efekt odolnosti proti nárazu v kaučuku SBS (styren-butadien-styren), který se běžně používá v podrážkách bot, asfaltu a střešních krytinách. Nyní zkoumají jeho aplikaci na styren-butadienový kaučuk pro pneumatiky vozidel. Pokud bude tato technologie úspěšná, mohla by vést k výrobě odolnějších pneumatik s delší životností a ochrannějších pouzder pro elektroniku. Navíc by mohla snížit environmentální zátěž omezením opotřebení pneumatik, které v současnosti tvoří nejméně 10 procent všech globálních mikroplastů. Zjištění byla publikována v časopise Nature 3. června.