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Ein Polymer, das wie ein Muskel auf mechanische Belastungen reagiert

12.02.2021

Wissenschaftler haben segmentierte Polyurethan-Elastomere mit mechanochromen und selbstverstärkenden Eigenschaften entwickelt. Die Entwicklung ist nützlich für die intuitive Schadenserkennung und die Erstellung adaptiver Materialien.

Eine wichtige Fähigkeit eines solchen biologischen Gewebes wie Muskeln ist die Selbstheilung und Selbstverstärkung. Es tritt als Reaktion auf Schäden auf, die durch äußere Kräfte verursacht werden. Die meisten künstlichen Polymere zerfallen bei ausreichender mechanischer Belastung irreversibel. Dadurch sind sie beispielsweise für die Herstellung künstlicher Organe weniger geeignet. Aber was wäre, wenn Sie Polymere herstellen könnten, die chemisch auf mechanische Beanspruchung reagieren und diese Energie nutzen könnten, um ihre Eigenschaften zu verbessern?

Ein Team von Wissenschaftlern des Tokyo Institute of Technology, der Yamagata University und des Sagami Institute of Chemical Research, Japan, hat bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der selbstverstärkenden Massensubstanzen erzielt. Ihr neues Polymer reagiert auf mechanische Belastung fast wie ein Muskel.

Segmentierte Polyurethane (SPUs), die Difluorenylsuccinonitril(DFSN)-Fragmente und Methacryloylgruppen enthalten, wurden synthetisiert. Die resultierenden Elastomere bildeten rosafarbene Cyanofluoren-Radikale und änderten ihre Farbe, wenn sie komprimiert oder gedehnt wurden. Dies ist das erste Beispiel für Vernetzungsreaktionen unter Kraft, die nur durch Dehnen oder Komprimieren der Bulk-Folie erreicht werden. Bildnachweis: Tokyo Tech

Das Team erstellte segmentierte Polyurethan-Polymerketten mit harten und weichen funktionellen Segmenten. Die weichen Segmente enthalten DFSN-Moleküle, die als ihr "schwächstes Glied" wirken, wobei beide Hälften durch eine einzige kovalente Bindung verbunden sind. Die Seitenketten der weichen Segmente enden in Methacryloyl-Einheiten. Wenn das Polymer mechanischer Belastung ausgesetzt wird, beispielsweise durch einfaches Zusammendrücken oder Dehnen, spaltet sich das DFSN-Molekül in zwei gleiche Cyanofluoren(CF)-Radikale auf. Diese CF-Radikale färben sich im Gegensatz zu DFSN rosa, was es einfach macht, Schäden visuell zu erkennen.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

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Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Tau-Neutrinos in der Antarktis gefunden 31.03.2024

Kosmische Teilchen sind für Wissenschaftler lange Zeit ein Rätsel geblieben und wecken das Interesse von Forschern auf der ganzen Welt. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit auf Tau-Neutrinos gerichtet – extrem leichte, ladungsneutrale Elementarteilchen, die bei hochenergetischen astrophysikalischen Ereignissen entstehen. Kürzlich ereignete sich ein wichtiges Ereignis: Diese seltenen Partikel wurden in den Tiefen der Gletscher der Antarktis entdeckt.

Dank einzigartiger Detektoren in den Tiefen der antarktischen Gletscher konnten Wissenschaftler seltene kosmische Teilchen entdecken – Tau-Neutrinos. Diese elementaren Teilchen ohne elektrische Ladung und extrem geringer Masse sind das Ergebnis mächtiger kosmischer Ereignisse und können ohne Energieverlust die Erde durchdringen.

Möglich wurde die Entdeckung durch die Arbeit der Forschungsstation IceCube, die sich in einer Tiefe von 1,5 km unter den Gletschern befindet. Insgesamt wurden nur sieben solcher Teilchen entdeckt, was jedoch eine bedeutende Errungenschaft bei der Erforschung kosmischer Phänomene darstellt.

Tau-Neutrinos, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum bewegen, stellen aufgrund ihrer minimalen Wechselwirkung mit anderen Teilchen eine Herausforderung für den Nachweis dar. Sie sind in der Lage, in großen Mengen jedes Material zu durchdringen, auch Planeten und lebende Organismen.

Die Mission von IceCube besteht darin, diese „Phantom“-Partikel aufzuspüren. Wenn Tau-Neutrinos antarktische Gletscher durchdringen, erzeugen sie ein schwaches blaues Leuchten, das von den hochempfindlichen Instrumenten des Observatoriums erkannt wird und es Wissenschaftlern ermöglicht, das Vorhandensein dieser ungewöhnlichen Teilchen nachzuweisen.

Die Entdeckung von Tau-Neutrinos in den Tiefen der Gletscher der Antarktis war ein wichtiger Schritt zum Verständnis kosmischer Phänomene und der Funktionsweise des Universums. Dieser Erfolg zeigt die Bedeutung der wissenschaftlichen Forschung auf dem Gebiet der Astrophysik und unterstreicht die Bedeutung moderner Technologie für die Erforschung der mysteriösen Phänomene unseres Universums.

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