CP v2

Tag: Polimerai

  • Kinai sukūrė gyvą plastiką: atrodo įprastai, bet gali suirti per 6 dienas be mikroplastiko

    Kinai sukūrė gyvą plastiką: atrodo įprastai, bet gali suirti per 6 dienas be mikroplastiko

    Plastikas, kuris suveikia pagal komandą

    Mokslininkai pristatė vadinamąjį gyvą plastiką, kurio irimas gali būti įjungiamas tada, kai to prireikia. Medžiaga iš išorės primena įprastą plastiką ir pasižymi panašiomis mechaninėmis savybėmis, tačiau jos viduje įterptos specialiai suprojektuotos bakterijos.

    Šios bakterijos išlieka tarsi miego būsenoje, kol gauna aktyvavimo signalą, pavyzdžiui, šilumą ir maistinių medžiagų. Tuomet jos pradeda skaidyti polimerą iš vidaus, o galutinis tikslas yra visiškas suskaidymas į paprastesnes molekules, nepaliekant mikroplastiko.

    Kaip veikia: du fermentai vietoj vieno

    Projekto esmė yra modifikuotos Bacillus subtilis bakterijos, kurios gamina du tarpusavyje veikiančius fermentus. Vienas fermentas veikia kaip žirklės ir sukarpo ilgus polimero grandinės fragmentus į mažesnes dalis, o kitas šiuos fragmentus toliau suskaido iki dar paprastesnių junginių.

    Toks dviejų fermentų derinys, kaip teigiama, yra efektyvesnis už ankstesnius bandymus, kai buvo remiamasi vienu fermentu. Laboratoriniuose bandymuose medžiaga visiškai suiro maždaug per šešias dienas, kai buvo sudarytos tinkamos sąlygos aktyvacijai.

    Kur tai galėtų būti pritaikyta?

    Medžiagos pagrindas yra polikaprolaktonas, naudojamas, be kita ko, medicinoje ir 3D spausdinime. Dėl to kuriamas plastikas teoriškai galėtų būti pritaikytas ne tik vienkartinėms pakuotėms, bet ir ten, kur svarbus tikslus „gyvavimo“ laikas.

    Tyrėjai taip pat pademonstravo prototipą, susijusį su dėvima elektronika: lankstų įrenginį, kuris veikė kaip kūnui nešiojama elektrodo tipo detalė, o vėliau suiro per maždaug dvi savaites. Tokie pavyzdžiai rodo kryptį, kur „vienkartinis“ gali reikšti suplanuotą, kontroliuojamą irimą, o ne ilgalaikę taršą.

    Didžiausias pažadas ir didžiausias ribojimas

    Pagrindinė idėja yra galimybė programuoti plastiko ilgaamžiškumą: vietoje medžiagų, kurios aplinkoje išlieka dešimtmečius, kurti tokias, kurios suyra tada, kai objektas nebereikalingas. Tai atitinka platesnę pasaulinę tendenciją ieškoti alternatyvų tradiciniams polimerams ir sprendimų, mažinančių mikroplastiko susidarymą.

    Vis dėlto dabartinėje stadijoje technologija dar turi ribojimų. Skilimas reikalauja specifinių sąlygų, tokių kaip aukštesnė temperatūra ir maistinių medžiagų buvimas, todėl realioms atliekų srautų situacijoms dar reikia papildomų sprendimų, pavyzdžiui, aktyvavimo vandenyje ar įprastose aplinkos sąlygose.

    Jei ateityje pavyktų užtikrinti saugų, patikimą irimą ne laboratorijoje, o realiame pasaulyje, tokie polimerai galėtų tapti svarbia kryptimi pakuočių, medicinos priemonių ir trumpalaikės elektronikos srityse. Tačiau iki masinio pritaikymo dar teks įrodyti stabilumą, saugumą ir gamybos mastelio galimybes.

  • Drėgmė, kuri maitina: 3D spausdintas nanogeneratorius žada perversmą dėvimoje elektronikoje

    Drėgmė, kuri maitina: 3D spausdintas nanogeneratorius žada perversmą dėvimoje elektronikoje

    Drėgmė – ne priešas, o energijos šaltinis

    Dėvimoji elektronika ir miniatiūriniai jutikliai ilgus metus kentėjo nuo paprastos problemos: didesnė drėgmė greitai „nusodina“ krūvį ir mažina įrenginių efektyvumą. Tai ypač aktualu sprendimams, kurie turi veikti prie žmogaus odos, kur natūraliai susidaro šiluma ir drėgmė.

    Naujas tyrimas, publikuotas mokslo žurnale „Advanced Functional Materials“, siūlo netikėtą kryptį: ne izoliuoti prietaisą nuo vandens, o drėgmę paversti jo darbo dalimi. Mokslininkai sukūrė 3D spausdintą nanogeneratorių, kurio galia didėja kylant santykinei oro drėgmei.

    Kaip veikia TENG ir kodėl čia svarbus 3D spausdinimas

    Tokio tipo įrenginiai vadinami triboelektriniais nanogeneratoriais (TENG). Jie generuoja elektrą, kai dvi skirtingos medžiagos periodiškai susiliečia ir atsiskiria, o dėl trinties bei krūvio persiskirstymo sukuriamas elektrinis signalas.

    Iki šiol TENG technologijos silpnoji vieta buvo drėgmė: maždaug nuo 60–70 proc. santykinės drėgmės daugelio prototipų našumas smarkiai krisdavo. Naujojo sprendimo esmė – naudoti itin hidrofilinę, drėgmę aktyviai pritraukiančią polimerinę medžiagą, kurią galima tiksliai formuoti LCD 3D spausdinimu.

    Polimeras, kuris „mėgsta“ vandenį

    Tyrėjai išbandė kelis akrilinių polimerų variantus su skirtingomis funkcinėmis grupėmis, o geriausius rezultatus parodė medžiaga su amidinėmis grupėmis. Tokia struktūra geba tvirtai „įkurdinti“ vandens molekules polimero tinkle, todėl drėgmė nebe veikia kaip laidus sluoksnis, kuris iškart išsklaidytų krūvį.

    Bandymuose prietaiso parametrai gerėjo didėjant drėgmei ir didžiausią našumą pasiekė prie maždaug 90 proc. santykinės drėgmės. Tai yra sąlygos, kurios realiame pasaulyje dažnos prie odos, sportuojant ar dirbant šiltesnėse, prastai vėdinamose patalpose.

    „Vietoje bandymų užrakinti įrenginį nuo aplinkos, mes pasirinkome padaryti aplinką jo pranašumu“, – sakė tyrėjų komandos atstovai, apibendrindami darbo logiką.

    Zwitterioninės medžiagos ir įspūdingi skaičiai

    Papildomą šuolį suteikė zwitterioninis komponentas – sulfobetaino metakrilatas, turintis ir teigiamą, ir neigiamą krūvį, bet išliekantis elektriškai neutralus. Toks priedas sustiprina medžiagos poliarizaciją ir padeda dar efektyviau „surišti“ drėgmę taip, kad ji didintų signalą, o ne kurtų nuotėkį.

    Optimizavus sudėtį, pranešama apie iki 802 voltų įtampą, 45,6 mikroampero srovę ir 48,4 vato kvadratiniam metrui galios tankį. Tyrime pabrėžiama, kad tai pasiekta be neorganinių užpildų, kurie dažnai apsunkina gamybą ir riboja spausdinimo tikslumą.

    Kartu nurodoma aiški riba: didinant joninių priedų kiekį iki 10 proc., našumas ima kristi, nes jonai formuoja sankaupas ir išauga laidumas, atsiranda nepageidaujamas krūvio nuotėkis. Kitaip tariant, lemiamas tampa ne tik pats priedas, bet ir preciziškai parinkta jo koncentracija.

    Ką tai gali pakeisti kasdienybėje

    Tokie nanogeneratoriai laikomi vienu realiausių kelių į elektroniką be baterijų, kai energija „nurenkama“ iš judesio, prisilietimų ar aplinkos. Jei technologija pasitvirtins už laboratorijos ribų, ji galėtų išplėsti dėvimų jutiklių, išmaniųjų tekstilės sprendimų ir medicininių stebėsenos priemonių galimybes, kur dabar dažnai riboja baterijų dydis, įkrovimas ir sandarinimas.

    Praktiškai tai reikštų įrenginius, kuriems drėgna oda ar drėgnesnė darbo aplinka nebėra problema, o veikiau sąlyga geresniam veikimui. Kitas svarbus aspektas – 3D spausdinimas: jis leidžia greitai kurti sudėtingas geometrijas ir taikyti sprendimą skirtingiems paviršiams bei formoms, kas dėvimai elektronikai yra kritiška.