Исследователи из университета Южной Флориды разгадали загадку, над которой ученые бились почти век: почему добавление микрочастиц углерода делает обычную резину невероятно прочной. Оказалось, что секрет кроется в уникальном молекулярном конфликте внутри материала. Статья с результатами открытия опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Укрепленная резина используется повсеместно — от автомобильных покрышек до деталей самолетов. Однако с момента ее изобретения в начале XX века никто не понимал точного физического механизма этого усиления. Теперь ученые смогли разгадать эту тайну при помощи суперкомпьютеров и эквивалента 15 лет непрерывных вычислений.
Молекулярная борьба
Команда под руководством Роберта Фрисланда обнаружила, что частицы технического углерода (сажи) заставляют полимерные цепи каучука буквально «сражаться друг с другом» при растяжении. Когда шина катится по дороге, эти частицы создают области высокого напряжения, которые заставляют соседние молекулы резины сопротивляться деформации гораздо сильнее, чем обычно.
Этот процесс ученые назвали внутренним сопротивлением связей. Вместо того чтобы просто растягиваться, резина под воздействием углеродных добавок формирует сложную сеть «силовых мостов». Это не только предотвращает разрывы, но и позволяет материалу восстанавливать форму миллионы раз без потери свойств.
Зачем это нужно сегодня
До сих пор производители шин действовали методом проб и ошибок, подбирая состав интуитивно. Понимание точной физики процесса позволит создавать более легкие и износостойкие материалы. Это критически важно для электромобилей, которые из-за большого веса батарей изнашивают резину на 20% быстрее обычных машин.
Более того, открытие открывает путь к созданию «зеленых» шин. Теперь ученые могут точно рассчитать, какими экологичными добавками можно заменить углерод, не теряя в безопасности. Это поможет снизить количество микропластика и вредных выбросов, которые образуются при истирании протекторов об асфальт по всему миру.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые предложили новый способ производства долговечных шин из каучука.
