Μία νέα «οικογένεια» πολυμερών υλικών, που θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στις κατασκευές στους χώρους των μεταφορών, της αεροδιαστημικής και των ηλεκτρονικών, ανακάλυψαν επιστήμονες της ΙΒΜ Research.
Μέσω της χρήσης υπολογιστικών συστημάτων υψηλών επιδόσεων σε συνδυασμό με τη χημεία συνθετικών πολυμερών, τα νέα αυτά υλικά παρουσιάζουν ισχυρή αντίσταση στο σπάσιμο, είναι πιο ανθεκτικά από κόκαλα και έχουν τη δυνατότητα «αυτοθεραπείας», καθώς μπορούν να επιστρέφουν στο αρχικό τους σχήμα. Επίσης, μπορούν να μετατραπούν σε νέες δομές πολυμερών, αυξάνοντας την αντοχή τους κατά 50% - παραμένοντας ταυτόχρονα ελαφρά.
Η έκθεση δημοσιεύθηκε την Πέμπτη στο Science, ενώ στη λίστα των συνεργατών περιλαμβάνονται ερευνητές από το UC Berkeley, το Eindhoven University of Technology και το KACST (King Abdulaziz City for Science and Technology) στη Σαουδική Αραβία,.
Τα πολυμερή («αλυσίδες» μορίων που συνδέονται με χημικούς δεσμούς) αποτελούν εδώ και καιρό αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινής ζωής, καθώς είναι βασικό στοιχείο πολλών καθημερινών υλικών, από ρούχα μέχρι μπουκάλια, μπογιές, συσκευασίες τροφίμων κ.α. Επίσης, είναι απαραίτητα σε κάθε νέα τεχνολογία, από την βιομηχανική επανάσταση μέχρι σήμερα.
Τα σημερινά πολυμερή υλικά έχουν κάποιους περιορισμούς, καθώς σε τομείς όπως οι μεταφορές και η αεροδιαστημική, δομικά τμήματα εκτίθενται σε πολλούς περιβαλλοντικούς παράγοντες, επιδεικνύνοντας χαμηλές επιδόσεις όσον αφορά στην αντοχή τους. Επίσης, είναι δύσκολη η ανακύκλωσή τους, οπότε και καταλήγουν στις χωματερές μαζί με άλλα μη βιοδιασπώμενα υλικά.
Η ανακάλυψη μίας νέας οικογένειας υλικών από τους επιστήμονες της ΙΒΜ, τα οποία διαθέτουν ένα μεγάλο εύρος παραμετροποιήσιμων, επιθυμητών χαρακτηριστικών, παρέχει πολλές δυνατότητες. Ειδικότερα, βρέθηκαν δύο νέες κατηγορίες υλικών, που διαθέτουν χαρακτηριστικά όπως υψηλή ακαμψία, αντοχή σε διαλυτικά, δυνατότητα αυτοθεραπείας/ αυτοεπισκευής όταν παρουσιάζονται ρωγμές και χρήσης σε ρόλο «ρητίνης» για την ενίσχυση άλλων συνθετικών υλικών. Επίσης, η δυνατότητα ανακύκλωσης θα είχε σημαντικές επιπτώσεις στη βιομηχανία, καθώς θα ήταν δυνατή η επαναχρησιμοποίηση αντί για το πέταγμά τους, με μεγάλες δυνατότητες εξοικονόμησης χρημάτων.
«Αν και έχει γίνει σημαντική δουλειά σε υλικά υψηλών επιδόσεων, τα σημερινά πολυμερή ακόμα στερούνται αρκετών θεμελιωδών χαρακτηριστικών. Η καινοτομία σε νέα υλικά είναι σημαντική για την αντιμετώπιση μεγάλων παγκοσμίων προκλήσεων, την ανάπτυξη νέων προϊόντων και την εμφάνιση επανασταστικών τεχνολογιών» αναφέρει ο Τζέιμς Χέντρικ, επιστήμονας προηγμένων οργανικών υλικών της ΙΒΜ Research. «Τώρα είμαστε ικανοί να προβλέψουμε πώς τα μόρια θα ανταποκρίνονται σε χημικές αντιδράσεις και να φτιάχνουμε νέες δομές πολυμερών με σημαντική καθοδήγηση από υπολογιστές, που διευκολύνει την επιτάχυνση της ανακάλυψης υλικών. Αυτό είναι μοναδικό για την ΙΒΜ και μας επιτρέπει να ανταποκριθούμε στις σύνθετες απαιτήσεις για εξελιγμένα υλικά, για εφαρμογές στις μεταφορές, τα μικροηλεκτρονικά και τις προηγμένες κατασκευές».
Ο τομέας της επιστήμης υλικών θεωρείται «ώριμος», και η τελευταία φορά που μία νέα κατηγορία πολυμερών υλικών ανακαλύφθηκε και εμφανίστηκε στην αγορά ήταν πριν από δεκαετίες. Το μεγαλύτερο μέρος της σύγχρονης έρευνας έχει να κάνει με τη μελέτη «παλιών» πολυμερών και τον συνδυασμό τους, ή τη χρήση χημικών με στόχο νέα χαρακτηριστικά.
Οι επιστήμονες της ΙΒΜ χρησιμοποίησαν μία πρωτοποριακή υβριδική προσέγγιση «υπολογιστικής χημείας» για να επιταχύνουν τις διαδικασίες, η οποία συνδυάζει τα πειράματα σε εργαστήριο με τη χρήση υπολογιστών για τη δημιουργία μοντέλων αντιδράσεων σχηματισμού νέων πολυμερών.
Σύμφωνα με δημοσίευμα των ΝΥ Times, καταλύτης για την ανακάλυψη ήταν ένα απλό εργαστηριακό λάθος μίας ερευνήτριας, της Ζανέτ Γκαρσία, η οποία σε ένα πείραμα ξέχασε να προσθέσει ένα χημικό. Μέχρι τώρα δεν έχει δοθεί όνομα στη νέα οικογένεια πολυμερών, ωστόσο χρησιμοποιούνται οι κωδικοί «Titan» και «Hydro». Προς τα παρόν τα υλικά δεν είναι έτοιμα για ευρεία χρήση, ωστόσο οι ερευνητές συνεργάζονται με διάφορα πανεπιστήμια για ποικιλία εφαρμογών.
