Эксперты комбинируют вещества, чтобы создать странную, твердую и эластичную материю

Устойчивые к ударам экраны смартфонов могут стать одним из применений нового гибридного материала, который объединяет множество несочетаемых свойств в одном материале. Материал одновременно обладает твердостью и прочностью керамики, деформируемой эластичностью резины и способностью к повторному формованию пластика. «Это сочетание свойств в одном материале настолько уникально, что его потенциальное использование ограничено главным образом нашим воображением», — говорит Лю Чжаомин, профессор кафедры химии Университета Чжэцзян в Ханчжоу, Китай. Лю был одним из руководителей исследования. Традиционно мягкие и эластичные органические полимеры создают материалы с эластичными и пластическими свойствами, тогда как неорганические материалы с большей вероятностью образуют твердую керамику. Предыдущие попытки объединить органические и неорганические соединения в гибридных материалах были ограничены их контрастной химической природой, объясняет Лю. Неорганические соединения обычно удерживаются вместе ионными связями, редко существующими в чистых молекулярных формах. Вместо этого они имеют тенденцию образовывать твердые кристаллы или диссоциировать в раствор свободных ионов в воде. Подумайте о хлориде натрия или поваренной соли. Органические соединения, напротив, обычно удерживаются вместе ковалентными связями и легко существуют в молекулярных формах. Эта разница затрудняет объединение органических и неорганических соединений на молекулярном уровне. В 20191 году Лю и его коллеги из Чжэцзянского университета, в том числе профессор ТАН Жуйкан, нашли потенциальный способ обойти эту проблему. «Мы обнаружили, что можем использовать небольшие органические молекулы в качестве «покрывающих агентов» для стабилизации карбоната кальция, неорганического ионного соединения, в молекулярной форме», — говорит он. В своей последней работе команда использовала этот подход для создания нового органически-неорганического гибрида. молекула2, использующая кислотно-основную реакцию для соединения олигомеров карбоната кальция с органической молекулой тиоктовой кислоты. Когда эти молекулы обрабатывались под давлением при 120°C, органические и неорганические части молекулы вступали в реакцию с соседними молекулами, образуя поперечные связи с образованием твердого тела с высокоинтегрированными органическими и неорганическими областями. Замечательные свойства гибридного материала не были сразу очевидны. — говорит Лю. «Когда мы впервые делали этот материал, мы думали, что он похож на твердый пластик», — говорит он. Сюрпризы начались, когда они вдавили в материал острый конец, используя метод наноиндентирования, используемый для исследования механических свойств твердых материалов на наномасштабах. «Гибридный материал был очень твердым, как керамика», — говорит Лю. «Но когда мы сделали углубление, а затем убрали острие, материал отодвинулся назад, восстанавливая свою форму, как резина». Твердость и эластичность были не единственными парадоксальными свойствами гибридного материала. Команда обнаружила, что под воздействием высокой температуры и давления его можно переформовать, а это значит, что его можно переработать для нового использования. «Мы назвали этот материал «эластичным керамическим пластиком», потому что он сочетает в себе все три характеристики», — говорит Лю. Когда дело доходит до реального применения этого материала, Лю говорит, что одной из возможностей является экран смартфона, который будет твердым и прочным, но не хрупким. «Благодаря сочетанию твердости и устойчивости к переломам его также можно использовать для изготовления костных имплантатов или других медицинских материалов», — предполагает он. Эластичный керамический пластик может быть лишь первым из совершенно нового семейства материалов, добавляет Лю. «Фундаментальное новшество этой работы заключается в том, что мы объединили органическую и неорганическую химию на молекулярном уровне», — говорит он. «С помощью этого метода мы могли бы создать множество гибридных молекул, возможно, сочетающих в себе другие парадоксальные свойства».