تیمی به سرپرستی پروفسور Wang Huaiyuan از دانشکده مهندسی شیمی در دانشگاه تیانجین با موفقیت یک رزین اپوکسی جدید ایجاد کرده است که ترکیبی از مقاومت در برابر حرارت بالا، استحکام و چقرمگی بالا و قابلیت بازیافت از طریق طراحی ساختار مولکولی نوآورانه است و عملکرد طولانی{{1}این معضل صنعت را شکسته است. نتایج تحقیقات مربوطه اخیرا در مجله بین المللی *Advanced Materials* منتشر شده است. رزین اپوکسی به دلیل خواص چسبندگی عالی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، به طور گسترده در زمینه های استراتژیک مانند انرژی های نو و بسته بندی الکترونیکی استفاده می شود. این یک ماده کلیدی ضروری در تولید پیشرفته- مدرن است که اغلب به عنوان "اسکلت نامرئی" صنعت مدرن شناخته می شود، با اندازه بازار جهانی بیش از 13 میلیارد دلار. در کشور من، رزین اپوکسی نیز یک ماده پایه مهم برای تولید پره های توربین بادی است. با این حال، با ورود تدریجی تجهیزات برق بادی به دوره از کار انداختن خود، سالانه تقریباً 5800 تن ضایعات مواد کامپوزیت رزین اپوکسی تولید میشود که در حال حاضر عمدتاً برای دفع متکی به دفن زباله یا سوزاندن است که نه تنها باعث هدر رفتن منابع، بلکه باعث فشار محیطی نیز میشود. چالش اصلی در بازیافت رزین اپوکسی در عملکرد "معضل الکلی" نهفته است. رزینهای اپوکسی سنتی، پس از پخت، ساختار شبکهای سه بعدی-تشکیل میدهند که شبیه به یک "تور ماهیگیری نشکن" است. دستیابی به تعادل بین استحکام بالا، مقاومت در برابر حرارت بالا، چقرمگی و فرآیندپذیری همیشه چالش برانگیز است-سختی مستلزم قربانی کردن مقاومت حرارتی است، در حالی که بهبود مقاومت حرارتی منجر به شکنندگی میشود. این نه تنها کاربرد آن را در محیطهای شدید محدود میکند، بلکه به یک گلوگاه اصلی برای تولید داخلی و سبز کردن رزینهای اپوکسی{17}بالا تبدیل میشود. تیم پروفسور Wang Huaiyuan از منبع طراحی مولکولی شروع کرد و هوشمندانه «جفتهای یون پایه اسید{19}» برگشتپذیر را در شبکه سفت و سخت رزینهای اپوکسی سنتی جاسازی کرد. این جفتهای یون نقش دوگانهای را در مواد بازی میکنند: آنها هم «جاذب شوک مینیاتوری» هستند که انرژی ضربه را جذب میکنند و هم «کاتالیزورهای هوشمند» هستند که شروع به ترکیب مجدد پیوند در دماهای بالا میکنند. این طراحی به ماده جدید اجازه میدهد استحکام فوقالعاده-(78 مگاپاسکال) و مقاومت حرارتی (دمای انتقال شیشهای بیش از 245 درجه سانتیگراد) را حفظ کند و در عین حال به چقرمگی شکست 8.2 مگاژول بر متر مکعب دست یابد. در مقایسه با مواد رزین اپوکسی سطح بالا{27}در دسترس تجاری، مقاومت حرارتی ماده جدید تقریباً 15% بهبود یافته است، در حالی که چقرمگی شکست آن تقریباً سه برابر افزایش یافته است. در حالی که این خواص عالی را حفظ می کند، ماده جدید دارای قابلیت های خود ترمیمی و قابلیت بازیافت است که در رزین های اپوکسی سنتی وجود ندارد. وانگ هوایوان گفت: "برای اولین بار، ما به شکل قابل برنامه ریزی و تخریب شیمیایی در چنین رزین اپوکسی ترموست{32} با کارایی بالا دست یافتیم." آزمایشها نشان میدهد که این ماده میتواند چندین بار دوباره پردازش و بازیافت فیزیکی شود، با کاهش عملکرد بیش از 10٪. این محدودیتهای رزینهای اپوکسی سنتی را که "بعد از یک{36}}یک زمان پخت به طور دائم ثابت میشوند، میشکند." بر اساس ویژگیهای منحصربهفرد آن، این تیم با موفقیت یک پوشش کامپوزیت فوقآبگریز با هدایت حرارتی بالا-با زاویه تماس آب نزدیک به 150 درجه{40}}از طریق یک فرآیند پرس گرم{41} ساده تهیه کرد. افزودن پرکننده نیترید بور به طور قابل توجهی رسانایی حرارتی را بهبود میبخشد، چالشهای اتلاف حرارت ایستگاههای پایه 5G و تراشههای{44}با کارایی بالا را برطرف میکند، و پشتیبانی برای ارتقاء صنایع مواد{45}بالا تحت هدف «کربن دوگانه» فراهم میکند. در آینده، در بخش انرژی بادی، انتظار می رود قابلیت بازیافت آن مشکل دفع پره های بازنشسته را حل کند. در بخش خودروهای انرژی جدید، استحکام، چقرمگی، و مزیتهای مقاومت در برابر دمای بالا میتواند به ارتقای تجهیزات برای سبکوزن کمک کند، در حالی که چشمانداز وسیعی را برای جایگزینی داخلی رزینهای اپوکسی با کیفیت{48} فراهم میکند.
