新しい「硬くて柔軟な」素材が3Dプリントに使用可能

新しい「硬くて柔軟な」素材が3Dプリントに使用可能
常温では硬くて脆く、加熱すると柔らかく弾力性があり、温度の変化に応じて「硬さ」と「柔らかさ」が交互に変化します。南京大学化学工学部の李成輝准教授率いる研究チームが、「剛性と柔軟性」を兼ね備えた新しいポリマー材料を開発したと報じられている。この研究結果は最近、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された。

李成輝准教授は「この材料の最大の進歩は、機械的強度と自己修復性能のバランスをとるという難しい問題を解決したことだ」と述べた。李成輝准教授は、新材料の強度は室温から60℃までの温度変化の間に200倍以上変化する可能性があると紹介した。温度が50℃を超えると、材料の特性は粘土の特性に似ている。この特徴は、新しい材料の優れた温度感度によるものです。つまり、材料の特性は温度に応じて変化するため、研究者は温度を変えることで材料の特性を制御することができます。

「日常生活では、氷が溶けたり、ろうそくが溶けたりする現象をよく目にしますが、変化した後は元の形を失ってしまいます。」と李成慧氏は述べ、この新素材は加熱されて柔らかくなっても固体のままで、自重に耐えることができ、自由に形を変えることができると述べた。

李成慧氏は、この新材料が優れた温度感度を持つ理由は、多数の弱い配位結合が存在するためだと紹介した。研究チームは、側鎖に多数のカルボキシル基を持つ短鎖ポリメチルシロキサンモノマーを設計し、これを用いて金属亜鉛と弱い配位結合を形成し、非常に高い機械的強度を持つポリマー材料を架橋した。同時に、金属亜鉛とカルボン酸との配位平衡反応が温度によって制御されるため、この材料は良好な熱可塑性と熱修復性を備えています。

この新素材は、医療用創外固定器や3Dプリンティングなどの分野での応用が期待されています。例えば、骨折の治療に使用される従来の石膏は硬化に数時間かかりますが、新しい材料は数分で固まり、使用中に簡単に分解したり取り付けたりすることができます。さらに、従来の石膏は使い捨てですが、新しい素材はリサイクル可能です。

出典:科技日報
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