Физики обнаружили механизм упрочнения сложных полимеров
Ученые из МФТИ с коллегами из Университета Дьюка (США) выяснили, что количество энергии, необходимое для разрыва полимерных сеток, может значительно превышать энергию разрыва ее цепочек. Большая часть этой энергии тратится не на разрыв цепей, а на деформацию древовидной внутренней структуры материала. Обнаруженный механизм позволит создавать более прочные полимерные материалы.
Результаты исследования представлены в международном научном журнале Macromolecules. Полимеры разной степень сложности окружают нас повсюду: от промышленности до медицины. В подавляющем большинстве это полимерные сети: в своей внутренней структуре это не сплошное упругое тело, а система, которая состоит из древовидных «жидкоподобных» структур полимерных цепей.
Высокая разрывная прочность таких полимерных сеток объясняется главным образом тем, что макромолекулы могут достигать высокой степени ориентации относительно друг друга и иметь большую плотность и разветвленность упаковки, что приводит к возникновению многочисленных межмолекулярных связей с высокой суммарной энергией.
Ученые МФТИ в партнерстве с зарубежными коллегами исследовали механизм образования разрыва в полимерных сетках и выяснили, что для образования трещины недостаточно разорвать одну полимерную цепочку, требуется повлиять на все «дерево» полимерных цепей в сетках.
«Мы модифицировали теорию Лейка — Томаса, которая объясняет молекулярные детали сетевого соединения при распространении трещины в полимерных сетях. Эта теория описывает не только энергию, запасенную в разрывающихся цепочках сетки, но и энергию связей в древовидной структуре из цепочек, которая остается неизменной по мере распространения трещины. Энергия, запасенная в каждом из поколений этого «дерева», зависит от индекса поколения из-за нелинейной упругости растянутых цепей сети. Кроме того, энергия, необходимая для разрыва мостиковой цепочки, соединяющей две поверхности трещины, необязательно определяется энергией, запасенной в самой цепочке, а в более высоких поколениях “дерева”», — рассказал Сергей Панюков, соавтор исследования, доцент кафедры теоретической физики МФТИ.
Таким образом, работа, которую необходимо совершить для разрыва сложного полимерного материала, зависит не только от прочности цепей сетки, но и от прочности древовидной структуры материала, которая зависит от числа «поколений» этого дерева. Таким образом, чем более разветвленная и многоуровневая структура в полимерном материале, тем он прочнее на разрыв.
Второй вывод, который получили исследователи при построении новой модели, связан с включением в сети молекул-механофоров. Механофоры — это механически активные молекулы в самой структуре полимера, которые способны вызывать ряд химических реакций при воздействии на них.
«По сравнению с “сильными” механофорами (активируются только в мостиковой цепи полимера), “слабые” механофоры, которые могут работать как в мостиковой цепи, так и в других генерациях, способны обеспечить более интенсивное рассеивание энергии внутри материала, упрочняя его», — добавил Сергей Панюков. Обновленная модель, полученная в результате исследования, дает возможность создания более совершенных полимерных сетей с повышенными прочностными характеристиками.
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно