Elastomeren zijn de zachte, elastische materialen, zoals gels en rubbers, die worden aangetroffen in auto- en vliegtuigonderdelen, in sportuitrusting, en worden gebruikt om precisiemachines en gebouwen te beschermen tegen trillingen. Wetenschappers willen ze nu dunner en taaier maken, zonder elasticiteit te verliezen. Materiaalingenieur Yukikazu Takeoka en collega's van Nagoya University hebben de meest recente inspanningen voor het verbeteren van elastomeren voor het tijdschrift beoordeeld Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

"Onze recensie geeft hints over het soort moleculair denken dat nodig is om elastomeren harder te maken, ' zegt Takeoka.

Elastomeren zijn gemaakt van vele, lange moleculaire ketens van herhalende subeenheden. Ze kunnen grote vervormingen ondergaan wanneer ze worden uitgerekt, terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm wanneer de spanning wordt opgeheven. Ze kunnen dit doen omdat hun moleculaire ketens voldoende mobiliteit hebben om uit te rekken en te kraken.

Elasticiteit en algehele taaiheid hangen af ​​van de interacties tussen de moleculaire ketens in het materiaal. Wetenschappers hebben gewerkt aan het beheersen van hoe ketens met elkaar verbonden zijn en op elkaar inwerken om de mechanische eigenschappen van elastomeren te veranderen.

Takeoka en zijn team van de afdeling moleculaire en macromoleculaire chemie van Nagoya University leggen uit dat elastomeren taaier kunnen worden gemaakt door sterke waterstof- of ionische bindingen te introduceren die elastomeerketens omkeerbaar met elkaar kunnen verbinden. Deze omkeerbare bindingen hechten zich aan en komen los van de elastomeerketens als het materiaal vervormt. Wetenschappers hebben waterstofbruggen gebruikt om sterke hydrogels te fabriceren die tot 600% kunnen vervormen en binnen drie minuten bij 37°C of een paar seconden bij 50°C terugkeren naar hun oorspronkelijke staat.

Elastomeerketens kunnen ook worden gekoppeld via ringachtige 'cyclische' moleculen, waardoor gekoppelde kettingen een grote mate van flexibiliteit en verbeterde taaiheid krijgen. Een team van wetenschappers fabriceerde een zeer flexibel elastomeer door oplossingen van polyethyleenglycol en cyclische alfa-cyclodextrine in water te mengen.

Takeoka en zijn collega's suggereren dat het verder combineren van elastomeren verbonden door omkeerbare bindingen en bewegende cyclische moleculen zou kunnen leiden tot nog sterkere elastomeren met een betere rek. "Onze review benadrukt het belang van het in detail onderzoeken van moleculair gedrag bij het ontwerpen van polymeermaterialen, ' zegt Takeoka.