Lehetetlennek hitték, mégis megcsinálták: olyan anyag született, ami nem is létezhetne

A kutatók szerint az anyagtudomány egyik alapvetését kérdőjelezi meg az a különleges műanyag, amelyet a Wageningeni Egyetem kutatói fejlesztettek ki. Az úgynevezett „compleximer” egyszerre formálható, mint az üveg, és ütésálló, mint a műanyag – elméletileg azonban ilyen kombinációnak nem is szabadna léteznie.

A Wageningen University & Research (WUR) kutatói egy teljesen új anyagosztályt hoztak létre, amely a jelenlegi anyagtudományi szabályok szerint nem létezhetne. A borostyánszínű, egyelőre csak néhány grammos mennyiségben előállított műanyag tulajdonságai valahol az üveg és a hagyományos műanyag között helyezkednek el: melegítés után gyúrható és fújható, mint az üveg, mégis ellenáll az ütéseknek.

Az új műanyaggal egyszerűbb lehet az újrahasznosítás
Fotó: TEK IMAGE / ABO

Üvegként formálható, műanyagként ellenálló

Ha leejtünk egy poharat, szilánkokra törik. Egy műanyag pohár viszont visszapattan a földről. Az üveg előnye, hogy magas hőmérsékleten könnyen formálható és fújható, a műanyag viszont ütésálló – ugyanakkor precíz formára öntéséhez rendszerint sablon szükséges. 

A holland egyetem kutatói most az üveg és a műanyag legjobb tulajdonságait egyesítették. Az általuk „compleximernek” nevezett új anyag melegítés után gyúrható és alakítható, mégis ellenáll a mechanikai behatásoknak. 

A kutatókat is meglepte az eredmény. Jasper van der Gucht, a WUR fizikai kémia és lágy anyagok professzora szerint a felfedezés teljesen új megvilágításba helyez egy évtizedek óta vizsgált problémát. Az úgynevezett „üvegszerű” anyagokra – ide tartozik az üveg és sok műanyag is – eddig az a gyakorlati szabály volt érvényes, hogy minél lassabban olvadnak és minél könnyebben feldolgozhatók, annál ridegebbek. A compleximer viszont lassan olvad, mégis ütésálló.

Nem kémiai kötés tartja össze

A különbség a molekuláris szerkezetben rejlik. A hagyományos műanyagok hosszú láncmolekulákból állnak, amelyeket kémiai keresztkötések „ragasztanak” össze. 

Az új anyagban azonban nem ilyen kémiai kapcsolatok tartják össze a láncokat, hanem fizikai vonzóerők. A láncok egyik fele pozitív, a másik negatív töltéssel rendelkezik, így a mágnesekhez hasonlóan vonzzák egymást. Ez teszi lehetővé, hogy a láncok stabilan együtt maradjanak anélkül, hogy kémiailag rögzítve lennének.

– magyarázza Sophie van Lange, a publikáció első szerzője. A kutatók összevetették az anyagot más, töltéssel rendelkező rendszerekkel – például az úgynevezett ionos folyadékokkal, amelyeket napelemekben és akkumulátorokban is használnak. Arra jutottak, hogy a töltött komponenseket tartalmazó anyagok viselkedése általában eltér a korábban feltételezettől, csak ezt eddig nem vették észre. A jelenség pontos oka még nem ismert. A feltételezés szerint a pozitív és negatív töltések közötti vonzás nagyobb távolságban is működik, így több tér marad a molekulaláncok között. Ez molekuláris szinten eltérő szerkezetet eredményezhet, ami magyarázatot adhat a szokatlan tulajdonságokra – de ez egyelőre csak hipotézis.

Javítható tető, öngyógyító karosszéria?

A felfedezés nemcsak elméleti szempontból jelentős. Mivel a compleximer egyszerre ütésálló és könnyen feldolgozható, javítása is egyszerű lehet. Egy komolyabb repedés esetén elegendő lehet felmelegíteni – akár egy hajszárítóval –, majd összenyomni a sérült részt, és a rés újra összezáródik. A lehetséges jövőbeli alkalmazások között tetőpanelek, kerti bútorok vagy akár autókarosszériák is szerepelhetnek - csak a fantázia szabhat határt. 

A piaci bevezetés azonban még távoli: a jelenlegi compleximerek fosszilis alapanyagból készülnek, de a kutatók már dolgoznak egy biológiai alapú változaton.

 A WUR fenntartható műanyag-technológiával foglalkozó kutatói szerint a munka túlmutat az új anyag előnyös tulajdonságain. „A jelenlegi alkalmazott kutatások többsége az újrahasznosítás javítására koncentrál. Ez a felfedezés viszont olyan műanyagok előtt nyithat utat, amelyek könnyen javíthatóak vagy akár gyorsan biológiailag lebomlanak.” – mondja Van der Gucht. 

Tudományos jelentőség

A kutatók számára azonban a gyakorlati hasznosításon túl az igazi áttörést az jelenti, hogy sikerült megmutatniuk: az ellentétes töltéssel rendelkező anyagok alapvetően másképp viselkedhetnek, mint ahogy azt eddig gondoltuk. Egy olyan anyagból indultak ki, amely a jelenlegi elmélet szerint nem is létezhet – az eredmények azonban most teljesen új kérdéseket vetnek fel arról, hogyan is működik valójában az anyagok világa.

• Az eredményeket a kutatók a Nature Communications című tudományos folyóiratban publikálták.