#article
Статья «Краткое руководство по сборке пружинного привода на основе силикона» сотрудников ИСПМ РАН опубликована в журнале Polymers.
Пружинный привод представляет собой многослойную конфигурацию приводов из диэлектрического эластомера, которая деформируется в ответ на электрическое поле. На сегодняшний день все приводы пружинных роликов основаны на акрилатных диэлектрических эластомерах (ДЭ), и некоторые из них могут достигать деформаций, сравнимых с напряжениями, наблюдаемыми в естественных мышцах. Чувствительность к температуре и влажности, а также медленное время отклика акрилатов ограничивают коммерциализацию этих приводов. В этой работе был разработан привод с пружинным роликом при использовании коммерческих силиконовых ДЭ, поскольку они обеспечивают более широкий диапазон температур обработки и быстрый отклик. Электроды наносились на предварительно растянутую DE-пленку, покрытую функциональным кремнийорганическим полимерным композитом, и обматывались вокруг металлической пружины. Покрытие улучшило межфазную адгезию между DE и податливыми электродами, сохраняя целостность и электромеханические свойства изготовленного пружинного привода. Что касается производительности, пружинный привод на основе силикона может выдерживать вес, в 200 раз превышающий его собственный, и смещать его на 6% при приложенном электрическом поле 90 В/мкм.
Статья «Краткое руководство по сборке пружинного привода на основе силикона» сотрудников ИСПМ РАН опубликована в журнале Polymers.
Пружинный привод представляет собой многослойную конфигурацию приводов из диэлектрического эластомера, которая деформируется в ответ на электрическое поле. На сегодняшний день все приводы пружинных роликов основаны на акрилатных диэлектрических эластомерах (ДЭ), и некоторые из них могут достигать деформаций, сравнимых с напряжениями, наблюдаемыми в естественных мышцах. Чувствительность к температуре и влажности, а также медленное время отклика акрилатов ограничивают коммерциализацию этих приводов. В этой работе был разработан привод с пружинным роликом при использовании коммерческих силиконовых ДЭ, поскольку они обеспечивают более широкий диапазон температур обработки и быстрый отклик. Электроды наносились на предварительно растянутую DE-пленку, покрытую функциональным кремнийорганическим полимерным композитом, и обматывались вокруг металлической пружины. Покрытие улучшило межфазную адгезию между DE и податливыми электродами, сохраняя целостность и электромеханические свойства изготовленного пружинного привода. Что касается производительности, пружинный привод на основе силикона может выдерживать вес, в 200 раз превышающий его собственный, и смещать его на 6% при приложенном электрическом поле 90 В/мкм.
#article
Помимо фундаментальных знаний, химику очень часто помогает богатое воображение и культурный опыт.
Группа Jun Wang из Харбинского инженерного института решила применить подход древнемакедонского боевого формирования – македонской фаланги – к дизайну нового противообрастающего покрытия на основе поли(уретан-силоксанового) сополимера.
Для этого были совмещены сразу две популярные стратегии, используемые в получении таких покрытий: оборонительная, когда в структуре полимера существуют мобильные боковые цепи, отсоединяющиеся вместе с атакующим агентом и смывающиеся потоком воды, сохраняя поверхность гладкой, и атакующая, когда покрытие выступает матрицей для антиобрастающего агента различной природы, проявляющего антибактериальную или другую схожую активность.
В данном случае, в качестве «щита» выступает полисилоксан, заблокированный эпоксидными группами, а «копьём» - аминобензотиазол, присоединяемый к силоксану с раскрытием эпоксидного цикла, что оставляет две гидроксигруппы, позволяющие проводить дальнейшую конденсацию в присутствии изоцианатов для получения сополимеров. В результате, полученный материал проявляет амфифильность, и при погружении в воду на изображениях СЭМ заметно образование впадин на поверхности, а также обогащение её кремнием, что вызвано более низкой поверхностной энергией полисилоксановых цепей и напоминает поднятие щитов у фаланги при обороне. В то же время, бензотиазольное «копьё» ингибирует адгезию диатомовых водорослей, а также демонстрирует активность против некоторых видов бактерий, мешает закреплению моллюсков на поверхности.
Таким образом, вдохновение оборонительной тактикой позволило креативно подойти к синтезу функциональных материалов.
Текст статьи доступен по ссылке
Помимо фундаментальных знаний, химику очень часто помогает богатое воображение и культурный опыт.
Группа Jun Wang из Харбинского инженерного института решила применить подход древнемакедонского боевого формирования – македонской фаланги – к дизайну нового противообрастающего покрытия на основе поли(уретан-силоксанового) сополимера.
Для этого были совмещены сразу две популярные стратегии, используемые в получении таких покрытий: оборонительная, когда в структуре полимера существуют мобильные боковые цепи, отсоединяющиеся вместе с атакующим агентом и смывающиеся потоком воды, сохраняя поверхность гладкой, и атакующая, когда покрытие выступает матрицей для антиобрастающего агента различной природы, проявляющего антибактериальную или другую схожую активность.
В данном случае, в качестве «щита» выступает полисилоксан, заблокированный эпоксидными группами, а «копьём» - аминобензотиазол, присоединяемый к силоксану с раскрытием эпоксидного цикла, что оставляет две гидроксигруппы, позволяющие проводить дальнейшую конденсацию в присутствии изоцианатов для получения сополимеров. В результате, полученный материал проявляет амфифильность, и при погружении в воду на изображениях СЭМ заметно образование впадин на поверхности, а также обогащение её кремнием, что вызвано более низкой поверхностной энергией полисилоксановых цепей и напоминает поднятие щитов у фаланги при обороне. В то же время, бензотиазольное «копьё» ингибирует адгезию диатомовых водорослей, а также демонстрирует активность против некоторых видов бактерий, мешает закреплению моллюсков на поверхности.
Таким образом, вдохновение оборонительной тактикой позволило креативно подойти к синтезу функциональных материалов.
Текст статьи доступен по ссылке
#article
Каждый день нас окружают тысячи самых различных изделий из хлопка, которые объединяет один ключевой недостаток - данный материал очень легко воспламеняется. Учёные Цзянанньского университета из группы Wenwen Guo предложили экологичный и удобный метод огнестойкой отделки с помощью послойной самосборки (LbL) путем попеременного осаждения нового антипирена на биооснове фосфорилированного альгината натрия (PSA) и функционализированного алкиламмонием силоксана (A-POSS).
При разложении фосфорсодержащей органической части образуется фосфорная кислота и полифосфат, которые катализируют процесс обугливания поверхности хлопка, создавая защитный слой, не подпускающий кислород и лучистое тепло к основной массе полимерной матрицы, а также поглощают радикалы ⋅H и ⋅OH, которые ингибируют горение хлопчатобумажных тканей путем тушения. В то же время, использование азотсодержащего силсесквиоксана даёт двойной эффект - во-первых, при нагревании каркасная структура POSS раскрывается, образуя второй защитный слой, также мешающий дальнейшему окислению хлопка, а во-вторых, имеющиеся в составе аммонийные остатки переходят при горении в азот, который разбавляет кислород в газовой смеси, что останавливает распространение пламени. Благодаря этому, кислородный индекс ткани (т.е. содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, необходимое для горения материала) вырос с 20% до 35%, переводя её в категорию самозатухающих материалов, при поджоге ткани практически отсутствует пламя, основная часть волокна сохраняется с незначительными дефектами, а механические свойства модифицированной ткани почти не отличаются от оригинальных образцов, не влияя на их эксплуатационные характеристики.
При этом, оба реагента - коммерчески доступные, а благодаря послойной самосборке из-за использования катионной (A-POSS) и анионной (PSA) составляющих, можно легко контролировать количество слоёв покрытия для достижения оптимального набора свойств.
Работа опубликована в журнале International Journal of Biological Macromolecules
Каждый день нас окружают тысячи самых различных изделий из хлопка, которые объединяет один ключевой недостаток - данный материал очень легко воспламеняется. Учёные Цзянанньского университета из группы Wenwen Guo предложили экологичный и удобный метод огнестойкой отделки с помощью послойной самосборки (LbL) путем попеременного осаждения нового антипирена на биооснове фосфорилированного альгината натрия (PSA) и функционализированного алкиламмонием силоксана (A-POSS).
При разложении фосфорсодержащей органической части образуется фосфорная кислота и полифосфат, которые катализируют процесс обугливания поверхности хлопка, создавая защитный слой, не подпускающий кислород и лучистое тепло к основной массе полимерной матрицы, а также поглощают радикалы ⋅H и ⋅OH, которые ингибируют горение хлопчатобумажных тканей путем тушения. В то же время, использование азотсодержащего силсесквиоксана даёт двойной эффект - во-первых, при нагревании каркасная структура POSS раскрывается, образуя второй защитный слой, также мешающий дальнейшему окислению хлопка, а во-вторых, имеющиеся в составе аммонийные остатки переходят при горении в азот, который разбавляет кислород в газовой смеси, что останавливает распространение пламени. Благодаря этому, кислородный индекс ткани (т.е. содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, необходимое для горения материала) вырос с 20% до 35%, переводя её в категорию самозатухающих материалов, при поджоге ткани практически отсутствует пламя, основная часть волокна сохраняется с незначительными дефектами, а механические свойства модифицированной ткани почти не отличаются от оригинальных образцов, не влияя на их эксплуатационные характеристики.
При этом, оба реагента - коммерчески доступные, а благодаря послойной самосборке из-за использования катионной (A-POSS) и анионной (PSA) составляющих, можно легко контролировать количество слоёв покрытия для достижения оптимального набора свойств.
Работа опубликована в журнале International Journal of Biological Macromolecules
#article
Современные подходы к получению ди- и полисилоксанов включают конденсацию силанола с гидро-, хлор- или алкоксисиланами и приводят к стехиометрическому образованию побочных продуктов, выделение которых из смеси весьма затруднительно. Помимо этого, получение силоксанов подразумевает использование дорогих переходных металлов в качестве катализаторов, а селективность целевого продукта при этом довольно низкая.
Группа китайских учёных под руководством Ke-Yin Ye использовала комплексный катализатор на основе кобальта, способный решить данные проблемы как для получения симметричных, так и для получения несимметричных ди- и полисилоксанов. По сравнению с существующими синтетическими методами данный подход обладает низкой загрузкой катализатора, возможностью проводить реакцию без инертной атмосферы и, главное, хорошей функциональной комбинируемостью исходных силанолов. В ходе исследования был получен широкий ряд дисилоксанов и полисилоксанов.
Кроме того, исследователи предложили механизм реакции, где образованный комплекс кобальта имеет валентность, равную трём, что подтверждено рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Нессимметричный дисилоксан-лигированный комплекс кобальта диссоциирует, образуя несимметричные дисилоксаны и регенерируя комплекс кобальта, тем самым завершая каталитический цикл.
Текст публикации доступен по ссылке
Современные подходы к получению ди- и полисилоксанов включают конденсацию силанола с гидро-, хлор- или алкоксисиланами и приводят к стехиометрическому образованию побочных продуктов, выделение которых из смеси весьма затруднительно. Помимо этого, получение силоксанов подразумевает использование дорогих переходных металлов в качестве катализаторов, а селективность целевого продукта при этом довольно низкая.
Группа китайских учёных под руководством Ke-Yin Ye использовала комплексный катализатор на основе кобальта, способный решить данные проблемы как для получения симметричных, так и для получения несимметричных ди- и полисилоксанов. По сравнению с существующими синтетическими методами данный подход обладает низкой загрузкой катализатора, возможностью проводить реакцию без инертной атмосферы и, главное, хорошей функциональной комбинируемостью исходных силанолов. В ходе исследования был получен широкий ряд дисилоксанов и полисилоксанов.
Кроме того, исследователи предложили механизм реакции, где образованный комплекс кобальта имеет валентность, равную трём, что подтверждено рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Нессимметричный дисилоксан-лигированный комплекс кобальта диссоциирует, образуя несимметричные дисилоксаны и регенерируя комплекс кобальта, тем самым завершая каталитический цикл.
Текст публикации доступен по ссылке
#article
На протяжении последних десятилетий в научном сообществе не стихает интерес к замене человеческих органов на искусственные. В частности, большое внимание исследователей привлекают сердечные импланты. Однако замена сердца — жизненно важного органа — задача нетривиальная и сопряжена с множеством трудностей: риски развития тромбоза, кальцинация и механическая неустойчивость клапанов на основе синтетических материалов. Особенно важен последний аспект, так как материал должен быть биосовместимым и эластичным, но при этом достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузки, действующие на сердце и сердечные клапаны. Существует огромное количество работ, где ученые попытались получить клапаны на основе сополимеров, содержащих как фрагменты уретановой группы, так и мочевинные группы (ПУ). Эти материалы известны своими уникальными свойствами, благодаря балансу между жесткими сегментами мочевины и/или уретанов и мягкими сегментами, например, на основе полидиметилсилоксана или поликарбонатов.
Почему данный фактор так важен и необходим? Из-за термодинамической несовместимости фрагментов, происходит микрофазное разделение, и жесткие группы, способные к образованию водородных связей, образуют твердые домены что приводит к улучшенной диссипации энергии при разрыве или растяжении, в то время как мягкие определяют биосовместимость и механические свойства в условиях покоя.
В случае сердечных клапанов не получится обойтись простой структурой. ПУ на основе поликарбонатов имеют множество преимуществ, таких как биосовместимость, устойчивость к гидролизу и окислению, но они все еще склонны к кальцинации. А ПУ на основе ПДМС лишены данных недостатков, но обладают недостаточными механическим свойствами.
Поэтому группой ученых из Китая во главе с Anqiang Zhang было продемонстрировано получение тройного сополимера на основе полидиметилсилоксана с концевыми аминопропильными группами, поликарбонат диола и изофорондиизоционата. Процесс вели двухстадийно, в присутствии катализатора. На первом этапе получали сополимер поликарбоната и изоционата, а на втором внедряли в структуру фрагменты полидиметилсилоксана.
В ходе исследования авторы провели обширный анализ влияния содержания ПДМС на механические, структурные свойства, биосовместимость и биостабильность материалов. Результаты показали, что с увеличением доли полидиметилсилоксановых фрагментов в составе сополимера наблюдается повышение термической стабильности, температуры текучести, модуля Юнга и прочности на разрыв. Авторы связывают данные явления с уникальной структурой микрофазного разделения и различиями в силе водородных связей в уретановых и мочевинных звеньях.
Также улучшались биосовместимость и биостабильность, особенно в аспектах антиадгезии тромбоцитов и устойчивости к кальцинации, но повышалась адсорбция белка на поверхности пленок, что связано с особенностью ПДМС к их неселективному поглощению.
Таким образом, авторы показали, что, варьируя состав «мягкого» блока, можно получить материал, который перспективнен для использования в области имплантов, в частности по замене сердца.
Работа опубликована в журнале European Polymer Journal
На протяжении последних десятилетий в научном сообществе не стихает интерес к замене человеческих органов на искусственные. В частности, большое внимание исследователей привлекают сердечные импланты. Однако замена сердца — жизненно важного органа — задача нетривиальная и сопряжена с множеством трудностей: риски развития тромбоза, кальцинация и механическая неустойчивость клапанов на основе синтетических материалов. Особенно важен последний аспект, так как материал должен быть биосовместимым и эластичным, но при этом достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузки, действующие на сердце и сердечные клапаны. Существует огромное количество работ, где ученые попытались получить клапаны на основе сополимеров, содержащих как фрагменты уретановой группы, так и мочевинные группы (ПУ). Эти материалы известны своими уникальными свойствами, благодаря балансу между жесткими сегментами мочевины и/или уретанов и мягкими сегментами, например, на основе полидиметилсилоксана или поликарбонатов.
Почему данный фактор так важен и необходим? Из-за термодинамической несовместимости фрагментов, происходит микрофазное разделение, и жесткие группы, способные к образованию водородных связей, образуют твердые домены что приводит к улучшенной диссипации энергии при разрыве или растяжении, в то время как мягкие определяют биосовместимость и механические свойства в условиях покоя.
В случае сердечных клапанов не получится обойтись простой структурой. ПУ на основе поликарбонатов имеют множество преимуществ, таких как биосовместимость, устойчивость к гидролизу и окислению, но они все еще склонны к кальцинации. А ПУ на основе ПДМС лишены данных недостатков, но обладают недостаточными механическим свойствами.
Поэтому группой ученых из Китая во главе с Anqiang Zhang было продемонстрировано получение тройного сополимера на основе полидиметилсилоксана с концевыми аминопропильными группами, поликарбонат диола и изофорондиизоционата. Процесс вели двухстадийно, в присутствии катализатора. На первом этапе получали сополимер поликарбоната и изоционата, а на втором внедряли в структуру фрагменты полидиметилсилоксана.
В ходе исследования авторы провели обширный анализ влияния содержания ПДМС на механические, структурные свойства, биосовместимость и биостабильность материалов. Результаты показали, что с увеличением доли полидиметилсилоксановых фрагментов в составе сополимера наблюдается повышение термической стабильности, температуры текучести, модуля Юнга и прочности на разрыв. Авторы связывают данные явления с уникальной структурой микрофазного разделения и различиями в силе водородных связей в уретановых и мочевинных звеньях.
Также улучшались биосовместимость и биостабильность, особенно в аспектах антиадгезии тромбоцитов и устойчивости к кальцинации, но повышалась адсорбция белка на поверхности пленок, что связано с особенностью ПДМС к их неселективному поглощению.
Таким образом, авторы показали, что, варьируя состав «мягкого» блока, можно получить материал, который перспективнен для использования в области имплантов, в частности по замене сердца.
Работа опубликована в журнале European Polymer Journal
#article
Зачастую, когда мы слышим о гибкой электронике, представляется что-то далёкое и высокотехнологичное – гибкие роботы, искусственные мышцы, кожа, но уже сегодня мы с ней сталкиваемся каждый день в виде гибких дисплеев.
Модуль гибкого дисплея состоит сразу из нескольких функциональных слоёв – матрицы, сенсорной панели, защитного покрытия и поляризационной плёнки, скрепляющихся прозрачными вязкоупругими плёнками (CVF), к которым предъявляются особые требования – высокая прозрачность, низкие модуль упругости и температура стеклования и, при этом, хорошие релаксация напряжения, адгезия и восстанавливаемость после циклов «нагрузка-разгрузка».
Самым популярным материалом для получения таких плёнок на данный момент являются различные полиакрилаты, во многом из-за их исключительной прозрачности и лёгкости получения, однако основной проблемой данных устройств остаётся долговечность – многие используемые акрилаты не рекомендуется использовать при пониженных температурах, а при долгом воздействии повышенной температуры они желтеют, количество циклов складывания-раскладывания дисплея ограничено, а их замена в силу дороговизны материалов и сложности изготовления обходится очень дорого. Поэтому поиск хороших альтернатив им является важной задачей.
В серии работ учёных из Южно-Китайского технологического университета был получен набор CVF-плёнок из смеси поли(мочевин-силоксанов) с MQ-смолами. Благодаря использованию силоксанов в качестве основы, удалось📝 получить плёнки с прозрачностью выше 94% (включая как сами сополимеры, так и готовые материалы с MQ-смолой), низким (13-127 кПа) модулем Юнга, имеющие высокое сопротивление ползучести (коэффициент восстановления более 85%) и устойчивые к различным формам деформации (включая 200000 циклов сложение-разложение), что вместе с лёгкостью контроля свойств материала путём варьирования доли жёстких сегментов, их вида, типа удлинителя, силоксанового или карбоцепного, и массы ПДМС, позволяет им не уступать по характеристикам акрилатным аналогам и стать перспективным материалом для производства гибких устройств.
📝 Полный текст статьи доступен по ссылке
Зачастую, когда мы слышим о гибкой электронике, представляется что-то далёкое и высокотехнологичное – гибкие роботы, искусственные мышцы, кожа, но уже сегодня мы с ней сталкиваемся каждый день в виде гибких дисплеев.
Модуль гибкого дисплея состоит сразу из нескольких функциональных слоёв – матрицы, сенсорной панели, защитного покрытия и поляризационной плёнки, скрепляющихся прозрачными вязкоупругими плёнками (CVF), к которым предъявляются особые требования – высокая прозрачность, низкие модуль упругости и температура стеклования и, при этом, хорошие релаксация напряжения, адгезия и восстанавливаемость после циклов «нагрузка-разгрузка».
Самым популярным материалом для получения таких плёнок на данный момент являются различные полиакрилаты, во многом из-за их исключительной прозрачности и лёгкости получения, однако основной проблемой данных устройств остаётся долговечность – многие используемые акрилаты не рекомендуется использовать при пониженных температурах, а при долгом воздействии повышенной температуры они желтеют, количество циклов складывания-раскладывания дисплея ограничено, а их замена в силу дороговизны материалов и сложности изготовления обходится очень дорого. Поэтому поиск хороших альтернатив им является важной задачей.
В серии работ учёных из Южно-Китайского технологического университета был получен набор CVF-плёнок из смеси поли(мочевин-силоксанов) с MQ-смолами. Благодаря использованию силоксанов в качестве основы, удалось📝 получить плёнки с прозрачностью выше 94% (включая как сами сополимеры, так и готовые материалы с MQ-смолой), низким (13-127 кПа) модулем Юнга, имеющие высокое сопротивление ползучести (коэффициент восстановления более 85%) и устойчивые к различным формам деформации (включая 200000 циклов сложение-разложение), что вместе с лёгкостью контроля свойств материала путём варьирования доли жёстких сегментов, их вида, типа удлинителя, силоксанового или карбоцепного, и массы ПДМС, позволяет им не уступать по характеристикам акрилатным аналогам и стать перспективным материалом для производства гибких устройств.
📝 Полный текст статьи доступен по ссылке