Пористые материалы имеют широкий спектр применения благодаря своей способности действовать как фильтры или лёгкие конструкционные материалы, которые используют меньше вещества, чем твёрдые субстанции. Исследователи, включая учёных из Токийского университета, создали новый материал, достаточно тонкий для фильтрации таких объектов, как вирусы, но достаточно прочный, чтобы служить жёстким конструкционным материалом для устройств. Исследование [опубликовано](https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq0782) в журнале Science.
Уникальность этого материала заключается в том, что он может быть гибким, когда влажный, и реагирует на изменения pH. Это, а также возможность нанесения на другие вещества, позволяет создавать новые функциональные и безопасные материалы, которые используют минимальное количество сырья, что ведёт к более устойчивому производству.
Что такое люфа?
Вы, вероятно, видели губку из люфы — грубые, жёсткие, похожие на паутину предметы, которые висят в ванных комнатах. Учитывая их жёсткую волокнистую природу, можно подумать, что они сделаны из какого-то пластика или синтетического материала. Но, хотите верьте, хотите нет, скромная губка из люфы на самом деле представляет собой высушенный скелет разновидности дыни, часто называемой египетским огурцом.
Сухие оболочки люфы полезны тем, что они прочные, когда сухие, гибкие, когда влажные, и быстро сохнут, что помогает противостоять образованию плесени. Некоторые из этих свойств могут быть полезны в материалах, изготовленных для самых разных целей, например, при изготовлении устройств.
Новый полимер
Доцент Ёсимицу Ито из Департамента химии и биотехнологии Токийского университета рассказал: «Мы разработали лёгкий, но механически прочный пористый полимер, который напоминает волокнистую сеть натуральной губки из люфы. Хотя мы не ставили перед собой задачу создать что-то с таким внешним видом, это стало приятным сюрпризом».
Ито и его команда создали полимерную сеть, которая может быть полезна в качестве фильтра, поскольку её структура достаточно плотная, чтобы пропускать жидкости, но блокировать объекты, включая бактерии и вирусы (которые также уничтожаются). Это важно, поскольку в настоящее время фильтры для этого часто изготавливаются из менее устойчивых материалов, но этот синтетический аналог люфы сделан из вещества, подобного лигнину, который является основным компонентом древесины.
Хотя команда ещё не исследовала безопасность материала, он безопасен при контакте с человеком. «Одним из недостатков лёгких полимеров является их механическая слабость — они, как правило, очень мягкие», — сказал Ито. «Но наш полимер имеет низкую плотность, всего полграмма материала на кубический сантиметр, но при этом обладает жёсткостью в 11 гигапаскалей — для сравнения, это примерно в четыре раза прочнее, чем у обычного полимера».
Это означает, что его можно использовать для создания устройств, где прочность имеет решающее значение, не прибегая к более плотным, тяжёлым и менее устойчивым материалам.
Перспективы
Но есть возможности для ещё большей функциональности, поскольку команда также создаёт тонкую пористую углеродную мембрану, выпекая мембрану в инертной атмосфере. Это может дать инженерам материал для более эффективного изготовления наноразмерных функциональных электронных компонентов, таких как микроконденсаторы, с лучшими структурными характеристиками.
Ещё одна возможность заключается в том, что полимер может иметь некоторые динамические свойства, которые меняются со временем из-за присутствия чего-то ещё. В этом случае определённые изменения pH, кислотности или щёлочности могут сделать полимер более или менее жёстким, по сути, позволяя части материала становиться более или менее пористым.
«В принципе, созданный нами материал может найти множество применений, хотя нам предстоит сделать ещё много шагов, прежде чем мы сможем говорить об интеграции в промышленное производство», — сказал Ито.
Производство этого материала очень дешёвое и простое, для него требуется только чистая вода с приложенным напряжением, а также смесь депротонированного резорцинола и альдегида, которые спонтанно объединяются, образуя ультратонкую мембрану с люфа-подобным внешним видом под электронным микроскопом.
Одним из больших преимуществ этой мембраны является то, что нет необходимости в постобработке. Обычно тонкие плёнки изготавливаются путём сначала синтеза объёмного полимера, а затем его обработки в плёнку. Наш метод может напрямую придать продукту форму тонкой плёнки и в принципе применим для рулонной обработки. Это большое преимущество для производства.
Предоставлено [Токийским университетом](http://www.u-tokyo.ac.jp/)