· פיתחנו שיטה חדשה פולימר מיזוג עם שדה בלבד גבוהה גזירה זרימה ללא תוספים כלשהם. · יש לנו מופעלת בקנה מידה ננו פיזור של פולימרים immiscible על ידי מיזוג עם עיבוד גבוהה גזירה; בגדלים מושלם של השלב פולימר הם התפזרו מעל סדר קטנים מאלה בשיטות המקובלות. · ביצועים גבוהים ferroelectric פולימר באמצעות תערובות מוכנות גבוהה גזירה עיבוד אפשרו פיתוח של גמישות, שטח רחב התקנים פיזואלקטריים (סונאר אקווה וחומרי בידוד קול). תקציר בתוך המכון הלאומי מתקדם תעשייתי מדע וטכנולוגיה (AIST; Yoshikawa הירויוקי, נשיא), הירושי שימיזו (קבוצת חומרים nanostructured, קבוצת לידר) et al. של ננוטכנולוגיה מכון המחקר (יוקויאמה הירושי, מנהל) פיתחו שיטה חדשה פולימר באמצעות מיזוג גבוהה גזירה שדה הזרימה, הצליח לעשות בליל תערובות פולימר ננו עם פיזור מבנים. באמצעות טכניקה זו, הצלחנו מיזוג polyvinylidene פלואוריד (PVDF) פוליאמיד ו - 11 (PA11) ללא כל תוספים, אשר היה קשה מאוד לערבב אחד עם השני ברמה ננו עד עכשיו, הכינו תערובות שבו PA11 עם בגודל מושלם של עשר עד כמה עשרות ננומטר (1 ננומטר = 10-9 מ ') מפוזרת בצורה אחידה בצפיפות בשלב PVDF (איור 1). עד עכשיו, עבור immiscible תערובות פולימרים, תוספים שימשו פיזור ננו, אבל הם עובדים כמו זיהומים לגרום מומים, וכתוצאה מכך בעיות לשימוש מעשי. מצד שני, זה כבר נחשב שיש גבול תחתון לגודל מושלם של השלב פולימר מפוזרים כאשר באמצעות ערבוב מכני גרידא. בעבודה זו, יש לנו, בפעם הראשונה בעולם, הבין ננו פיזור מבנים תערובות פולימר עם טכניקה גבוהה גזירה עיבוד אך ללא תוספים כלשהם, בגדלים תחום התפזרו שהושגו הם מעל סדר קטן מהערך להגביל הקודם . יתר על כן, מצאנו כי מבנים ננו יכול לשפר במידה ניכרת את תכונות מכניות של תערובות. השיטה שלנו נחשב גם להיות שימושי עבור dispersants אורגניים כגון צינורות פחמן, ולכן ניתן להחיל על תרופות וקוסמטיקה. יתר על כן, לא זו בלבד אלא גם מיזוג cross-linking תגובות ניתן לעשות באותו זמן תחת השדה גבוהה גזירה זרימה, יצירת חדש אלסטומרים ניתן לצפות.  באיור 1. אלקטרון הולכה מיקרוסקופ התמונה של תערובת PVDF/PA11 שהוכן באמצעות גזירה עיבוד גבוהה. PA11 של עשר עד כמה עשרות ננומטרים בקוטר (חלקים שחור עגול) מפוזרת בצורה אחידה בצפיפות המטריצה PVDF (האזור רקע לבן). רקע על עבודת מחקר פולימרים שימשו חומרים תפקודיים, בעל ביצועים גבוהים, בסיסי במגוון רחב של תחומים תעשייתיים. עם זאת, פולימרים אחד לבדו אינו יכול לענות על מגוון של צרכים תעשייתיים, ובכך רב מרכיב מערכות פולימר כמו תערובות, סגסוגות, וחומרים מרוכבים משמשים כיום ליצירת חומרים ביצועים גבוהה. עם זאת, רוב של פולימרים שימושיים immiscible כמעט ברמה המולקולרית. גם אם הם מעורבב באופן מכני לאחר מותך, הם בקרוב תערוכה הפרדת פאזות. בנוסף, הגדלים של תחום נפרד מפוזר שלב פולימר כמה כמה עשרות מיקרומטר. מסיבה זו, המקווה את התכונות הפיסיקליות של תערובות פולימר לא הושגו. לכן, שיטות להכנת פולימרים immiscible תואם באמצעות סוכני compatibilizing או על ידי מגיבים מסתיים ב פולימר ממשקים (עיבוד תגובתי) פותחו, אבל הם היו מגבלות טכניות; עבור חומרים אלקטרוניים בשיטת לשעבר, תוספים עשויים להיחשב זיהומים, ו גם לגרום למומים, והתוצאה היא מכשול גדול כדי שיפור הביצועים של החומר, ועל השיטה השנייה, ירידה בביצועים רכוש פיזי עקב תת התגובות כבר הצביע. היסטוריה של עבודת המחקר AIST יש מחקר בסיסי מתקדמים לתוך טכניקה פשוטה, נקייה כדי ליצור ננו dispersive immiscible פולימר תערובות. עבור תוכנית ננו טכנולוגיה ", פרויקט על חומרים פולימריים Nanostructured" (בשנים הכספים 2001-2004) של ארגון וטכנולוגיה אנרגיה חדשה לפיתוח התעשייה (NEDO), שביצענו ב-situ התנהגות מנתח שלב של מערכות פולימר תערובת תחת שדות חיצוניים, ובכך הרגשנו את התערובת ננו פיזור של פולימרים immiscible צריך להתממש על ידי הפעלת שדה גבוהה גזירה לזרום. Extruders קונבנציונלי לא יכול לייצר שיעורי גזירה גבוה מספיק, ולכן פיתחנו במשותף עם Imoto Seisakusho ושות' בע"מ, extruder המאפשר את הדור גבוהה גזירה שיעורי מעל 1000 sec -1. פרטים על עבודת המחקר Extruder גבוהה גזירה פיתחה יכול לייצר קצב גזירה של 4400 sec -1 במהירות סיבוב הבורג של 3000 סל"ד. כמו כן, באמצעות בורג משוב מסוג, בזמן ערבוב ניתן להגדיר באופן שרירותי, סיבוב הבורג על מהירות גבוהה. במילים אחרות, extruder זה יכול להישאר זמן רב במצב של זרימה גבוהה גזירה.  איור 2. Extruder גבוהה גזירה פיתחנו באמצעות מכבש זה, הצלחנו בהכנת תערובות של פולימרים בליל immiscible, PVDF ו PA11; PA11 עם גודל מושלם של עשר עד כמה עשרות ננומטרים בקוטר מפוזרת בצורה אחידה בתוך המטריצה PVDF. מבנים ננו מוכן יכול לשפר באופן דרמטי את התכונות הפיסיקליות של תערובות. לדוגמה, איור 3 מראה מתח מתח עקומות עבור PVDF/PA11 = 80/20 תערובות. כפי שמוצג עקומה, מדגם תערובת שהוקמה על ידי טכניקה המקובלת מראה רק התארכות מעט, בעוד מדגם שהכין גבוהה גזירה תערוכות extruder פיתחו התארכות גדול הפרידה, כפי שמוצג ב עקומה, המתאים יותר מאשר חמש פעמים כי המדגם בעיקול, כי השלב PA11 עם גודל תחום של כמה עשרות ננומטרים בקוטר מפוזרת באזור PVDF.  איור 3. Stress-זן הקימורים של מערכות PVDF/PA11 = 80/20 תערובת
א עבור תערובת = PVDF/PA11 80/20 נוצר על ידי שיטת מיזוג קונבנציונלית
ב עבור תערובת = PVDF/PA11 80/20 נוצר על ידי extruder גבוהה גזירה PVDF ואת PA11 הם פולימרים ferroelectric, תערובות של אותם מבנים ננו פיזור צפויים להיות ferroelectricity מעולה. טבלה 1 מראה ערכים שריד קיטוב (Pr: ערכים של עקירה D חשמלי בשדה חשמלי E = 0) ב hysteresis ferroelectric (עקומת DE) עבור PVDF/PA11 = 80/20 תערובות מוכנות באמצעות מכונה קונבנציונאלי extruder גבוהה גזירה שלנו. הערך של Pr PA11 הוא כמחצית מזה של PVDF (Pr = 76), וכך, הערך Pr של תערובות צפוי להפחית על ידי מיזוג. עם זאת, מצאנו כי הערכים Pr של ננו מערכות פיזור תערובת שהוקמה על ידי מכבש שלנו גבוהה גזירה דומים או יעלה על זה של PVDF. טבלה 1. השוואה בין ערכים שריד הקיטוב hysteresis ferroelectric של PVDF/PA11 = 90/10 תערובות שהוכנו על ידי שיטת מיזוג קונבנציונלית extruder גבוהה גזירה שלנו | Pr (MC / m 2) | 20-30 | 75-91 |
יתר על כן, כפי שניתן לראות בבירור בטבלה 1, דגימות תערובת מתקבלת על ידי גזירה גבוהה שלנו extruder להראות Pr ערכי פי 3-4 מאלו של דגימות תערובת מוכנה בשיטה הקונבנציונלית. זה יכול להיות בגלל היווצרות של ננו מבנים פיזור הדגימות בתהליך גבוהה גזירה מיזוג. כפי שהראינו, טכניקה גבוהה גזירה עיבוד מאפשר לא רק את היווצרות של מבנים ננו עבור PVDF/PA11 תערובות, אלא גם שיפור גדול של ביצועים הידבקות שלהם תכונות מכניות, כגון התארכות, אשר הם החסרונות של PVDF, המוביל יצירת חדשים בעלי ערך גבוה הוסיף חומרים. הערכת ferroelectricity של הפולימר תערובות בשימוש בוצע במשותף עם אוניברסיטת טוקיו למדע (פרופ 'טקאו Furukawa, הפקולטה למדעי חטיבת אני, כימיה). העתיד והסיכויים אנו מתכננים ליישם טכניקה גבוהה גזירה שלנו עיבוד מגוון רחב של מערכות פולימר תערובת כדי ליצור חומרים חדשים תוך ניצול משופר miscibility פולימר ננו פיזור מבנים. יתר על כן, אנו מתכננים להשתמש בטכניקה שלנו ליצירת חומרים חדשים ננו מרוכבים, כי גבוהה גזירה בשדה זרימה יכולה להיות שימושית גם כדי לפזר חומרי מילוי היטב, למשל, טיט (שכבתית סיליקט), פחמן שחור, ננו שפופרות פחמן, וכו ' . חומרים מטריקס. בפרט, הטכניקה שלנו יכולה לשמש כשיטה נקיים לייצור תרופות וקוסמטיקה, משום שהוא מאפשר בקנה מידה ננו פיזור ללא כל תוספים כגון סוכני compatibilizing. יתר על כן, כפי השיטה שלנו יכולה לספק לא רק שדה גבוהה גזירה תזרים אלא גם שדה התגובה, למשל, עבור דינמי cross-linking תגובות, באותו זמן, הוא חייב גם להיות שימושי עבור יצירה של אלסטומרים, וכו 'לכן, אנו שואפים להשתמש יצירה מעשית של חומרים חדשים על ידי מחקר משותף עם חברות. |