نانوکامپوزیت های جدید پلی استر زیست تخریب پذیر

این مقاله که توسط “آکادمی علوم چین” ارایه شده ابتدا در فضای سایبری  Phys.org منتشر شده و حالا ترجمه فارسی آن با افزودن پیوندهای لازم و تصاویر اصافی برای مراجعه کنندگان به این وبسایت، ارایه می شود.

***************************************

یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور ژو جین از موسسه فناوری و مهندسی مواد نینگبو (NIMTE) که در زیر مجموعه آکادمی علوم چین (CAS) قرار دارد، توانسته برای نخستین بار، یک نانوکامپوزیت پلی استر زیست تخریب پذیر جدید را از طریق فرایند نوآوزانه کاتالیزوری در محل سنتز کند و نشان دهد که این ماده جدید از ویژگی هایی مثل کارایی بالا و قابلیت فرایند مجدد برخوردارند.

مواد زیستی تجدیدپذیر برای جایگزینی با پلاستیک های سنتی بسیار نویدبخش هستند و برای بحران جهانی انرژی و آلودگی محیط زیست راه حلی سازگار با محیط زیست ارائه می دهند. پلی استرهای مبتنی بر 2،5- فیوران دی کربوکسیلیک اسید (FDCA)، به ویژه، به عنوان موادی مناسب برای بسته بندی های پایدار و قابل بازیافت به شمار می آیند.

با این حال، خواص کلی این پلی استرهای زیستی به دلیل محدودیت در طراحی مولکولی و ریزساختاری هنوز با خواص پلاستیک های ناشی از سوخت های فسیلی مطابقت ندارد،

برای رفع این مشکل، محققان از نانوصفحات دو بعدی MXene برای محصور کردن الیاف نانولوله کربنی (CNT) یک بعدی (1D) استفاده کردند که منجر به ساختارهای ناهمسان دندریتی MXene-CNT با پراکندگی و پایداری ساختاری بیشتر شد.  ترکیب نوآورانه MXene@CNT در کنار یکدیگر ساختاری 8 ضلعی و جدید را به عنوان یک کاتالیزور، هسته ساز و تقویت کننده رابط برای پلی استرها به وجود می آورد.

با قرار دادن MXene-CNT دندریتی در یک زمینه (متریکس) از پلی بوتیلن فیوران دی کربوکسیلات (PBF) با پایه زیستی، مواد نانوکامپوزیت MXene-CNT/PBF (MCP) از طریق پلیمریزاسیون کاتالیزوری در محل همراه با پرس گرم، سنتز شد.

به لطف ساختار چند مقیاسی کاهش دهنده انرژی، نانوکامپوزیت MCP به خواص مکانیکی قابل توجهی از جمله استحکام تقریباً 101 مگاپاسکال، سفتی حدود 3.1 گیگا پاسکال و چقرمگی در حدود 130 مگاژول بر متر مکعب دست یافت.

نانوکامپوزیت MCP در مقایسه با مواد و پلاستیک‌های تجاری مختلف زیست محور،  ویژگی هایی نظیر مقاومت در برابر نور UV، حلال‌ها و بهبود عملکرد برای مسدود کردن عبورگازهایی مثل O2، CO2 و H2O را از خود نشان می‌دهد. قابل ذکر است که این نانوکامپوزیت پس از پنج دوره بازیافت، بازهم تا حدود 90 درصد از استحکام خود را حفظ می کند.

استراتژی یکپارچه سازی کاتالیزور و تقویت سطحی ارائه شده در این مطالعه راه را برای پیشرفت در تولید مواد پلی استر با کارایی بالا هموار می کند. این نانوکامپوزیت چندمنظوره ی زیست محور یعنی MCP یک جایگزین پایدار برای پلاستیک‌های مبتنی بر نفت در بسته‌بندی و کاربردهای مهندسی به شمار می روند که نشان‌دهنده گامی مهم در جهت دستیابی به اهداف کاهش کربن است.

اطلاعات بیشتر: Hao Wang و همکاران، نانوکامپوزیت‌های پلی‌استر قابل تجدید زیستی مقاوم و قابل پردازش مجدد در محل کاتالیز شده و تقویت شده توسط Dendritic MXene@CNT Heterostructure، Nano-Micro Letters (2025). DOI: 10.1007/s40820-025-01682-8