Розумні вікна. Зміна температури навколишнього середовища, кислотності, освітленості, присутність окисників, токсинів або навіть речовин, які ми відносимо до лікарських засобів, здатні викликати зміну кольорів деяких полімерів. Використовуючи це явище, можна створювати нові «розумні» матеріали, здатні вибірково реагувати на зміну стану оточення.
Наприклад, колективом авторів з компанії Fuji Xerox Company розроблений полімерний матеріал, у якому відтворений той же самий спосіб контролю за пігментацією, що застосовується кальмарами та восьминогами у небезпечних для них ситуаціях. Як відомо, ці морські істоти здатні імітувати забарвлення отруйних створінь для власного захисту або забарвлення морської води для того, щоб просто сховатися. Окремі класи кальмарів та восьминогів навіть спілкуються шляхом зміни кольору шкіри. Таких швидких змін безхребетні досягають, стискаючи спеціальні кишеньки з пігментами. Кишеньки їхньої шкіри є своєрідним мішечками, заповненими пігментами різних кольорів, та до яких прикріплені м’язові волокна. Коли м’язи скорочуються, мішечки розширюються і певна ділянка шкіри істоти набуває забарвлення. Розслаблення м’язів, навпаки, викликає знебарвлення шкіри. По аналогії з цим, японські вчені виготовили крихітні пігментні мішечки з полімеру, здатного скорочуватися. Довгі молекули полімеру були зв’язані одна з одною таким чином, щоб утворювати гель. Об’єм полімерного гелю, що виходить з мішечка, контролюється температурою. При 34 оС молекули полімеру скорочуються і об’єм гелю зменшується приблизно на 10 %. Акаші та його колеги виготовили пігментні мішечки розміром всього 20–200 мікронів, а потім заповнили їх фарбником (подрібненою сажею). Частинки гелю в розчиннику за кімнатної температури роздуті і рідина здається чорною. Але при нагріванні до 40 оС молекули скорочуються, і рідина стає прозорою. Подібні гелі можуть реагувати і на інші чинники, наприклад, світло. Крім того, колір цього гелю можна змінювати за бажанням, наповнюючи мішечки іншим пігментом.
Таким чином, скоро можна буде створювати зокрема «розумні» вікна. «Розумні» вікна – це вікна, які можуть змінювати рівень пропускання сонячних променів залежно від навколишніх умов. Якщо освітлення сильне, вони затемняються, а коли освітлення мало, вони залишаються повністю прозорими. Це ще один яскравий приклад того, як «розумні» полімери можуть покращити життя людини.
Розумна пластмаса. Дослідники представили новий тип пластмаси, яка самовідновлюється на світлі. Чудовий матеріал може служити довше і, відповідно, здатний покращити довговічність безлічі полімерних продуктів, від поширеного домашнього начиння, такого як відра для сміття і пластикові пакети, до дороговартісного медичного обладнання. Жорсткі або еластичні пластики сьогодні є у складі тисяч товарів народного споживання, проте ці матеріали дуже чутливі до зовнішньої дії – вони легко дряпаються, ріжуться і проколюються. До чого призводять недостатні механічні властивості полімерів? Звалища заповнені безліччю пластикових виробів, більша частина з яких потрапила туди, бо була так чи інакше зламана. А чи можна ремонтувати полімерні речі? Так можна, але більшість підходів до відновлення матеріалів на основі полімерів потребує нагрівання та накладання латок, чого не можна виконати у домашніх умовах або що псує декоративний вигляд речей. Вчені на чолі з Крістофом Ведером із Західного резервного університету Кейза в Клівленді, штат Огайо пішли іншим шляхом: вони створили пластик, що самовідновлюється. Цей пластик поглинає ультрафіолетове випромінювання і перетворює його в теплову енергію у обмеженій зоні нагрівання. «По суті ми розробили новий пластик, що складається з дуже дрібних ланцюгів, які склеюються і збираються у великі ланцюги», – сказав співавтор дослідження Стюарт Роуен. У нормальному стані новий полімерний матеріал за характеристиками та властивостями не відрізняється від звичайних полімерів. Але під інтенсивним ультрафіолетовим світлом зв’язки, утворені іонами металу, розпадаються, залишаючи безліч коротких полімерних ланцюжків. Це дозволяє матеріалу текти подібно до рідини і заповнювати собою тріщини, подряпини або інші ушкодження. Варто тільки прибрати джерело ультрафіолетового світла, як іони металів знову починають працювати в якості клею, зв’язуючи короткі ланцюжки в більш довгі, що приводить до застигання матеріалу. Тому в присутності ультрафіолетового світла поверхня полімеру «загоюється», не залишаючи від подряпин жодних слідів.
Олексій ПИЛИПЕНКО
