Полисилоксановые материалы, например, эластомеры на основе PDMS, могут самостоятельно регенерировать благодаря наличию в их составе силанолатных (Si-O-) групп. Динамические связи между молекулами в таких группах могут разрушаться и восстанавливаться, позволяя материалу восстанавливать свою структуру. Благодаря такой особенности эти разработки имеют значительные перспективы для использования в защитных покрытиях в оптике, электронике и аэрокосмической промышленности. Но у уже существующих материалов на основе PDMS есть ограничения: они недостаточно прочные и могут со временем испаряться.
Для улучшения характеристик PDMS-материалов исследователи из Университета Васэда использовали метод самосборки для создания многослойных пленок. В ходе экспериментов они наносили раствор, содержащий 1,2-бис (триэтоксисилил)этан, блок-сополимер Pluronic P123 и PEO-PDMS-PEO на подложку из стекла или кремния с помощью техники центрифугирования или капельного осаждения. После этого пленка подвергалась термообработке при 170 ℃ в течение четырех часов, в ходе которой из нее удалялись органические компоненты и оставалась четко структурированная многослойная система.
Чтобы пленка могла самостоятельно восстанавливаться, ученые ввели в нее Si-O- группы, которые способствуют перестройке и повторному соединению силоксановой сети. Для этого образцы погрузили в раствор тетрагидрофурана, воды и гидроксида калия (KOH). Под воздействием гидроксид-ионов (OH-) из силанольных (Si-OH) групп были удалены протоны (H+), а взамен образовались активные силоксановые связи. В результате пленка приобрела способность к самовосстановлению при нагревании до 80 ℃ и относительной влажности 40% в течение 24 часов.
Исследование показало, что новый материал по ряду параметров гораздо лучше традиционных покрытий на основе PDMS. Высокосшитые органосилоксановые слои придали ему дополнительную жесткость и защиту от испарения циклических силоксанов. Существующие самовосстанавливающиеся материалы имеют твердость 49 МПа, новая пленка оказалось прочнее: ее твердость составила 1,50 ГПа. Благодаря столь высокой прочности, этот материал устойчив к высоким температурам, то есть спектр его возможных применений стал шире по сравнению с предшественниками.
Разработанная пленка подходит для использования в качестве защитных покрытий, в гибкой электронике и других сферах, где требуются долговечные и устойчивые материалы. Как отметил автор исследования Йошиаки Миямото, «замена традиционных материалов нашим самовосстанавливающимся аналогом позволит значительно снизить затраты на его обслуживание и повысить надежность конструкций». Новый метод позволит создавать более прочные и функциональные материалы, способные совершить революцию в сфере защитных покрытий и смарт-материалов.
Тем временем ученые создали еще один уникальный материал: он накапливает в 160 раз больше энергии.
