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May 26, 2023

Ein magnetisches Polymermaterial, das durch Mikrowellen in seine Form gebracht wird

Australische Forscher haben ein vielseitiges neues Polymermaterial geschaffen, das dies kann

Australische Forscher haben ein vielseitiges neues Polymermaterial entwickelt, das zur Wasserreinigung oder als recycelbares Baumaterial verwendet und sogar zu leichten Maschinenkomponenten verarbeitet werden kann.

Laut einer in Polymer Chemistry veröffentlichten Studie wird das Material durch Heißpressen magnetischer Eisennanopartikel und eines schwefelreichen Polymers – hergestellt aus Rapsöl und elementarem Schwefel – hergestellt.

Durch die Eisenpartikel lässt sich das Material mit einem Magneten manipulieren und mit Mikrowellen sehr schnell erhitzen, wodurch es innerhalb von Sekunden zu einer festen Form aushärtet.

Dieses vielseitige Material ist außerdem recycelbar und leicht wiederverwendbar, da es mehrfach zermahlen und neu geformt werden kann.

Der leitende Autor der Studie, Justin Chalker, Professor für Chemie an der Flinders University, sagt, die neue Forschung liefere wichtige zusätzliche Beweise für das Potenzial und die Vielseitigkeit schwefelreicher Polymere.

„Diese Studie veranschaulicht den wachsenden Nutzen und die Reichweite schwefelreicher Polymere“, sagt Chalker. „Schwermetallsanierung, neuartige Baumaterialien sowie leichte und recycelbare Maschinenkomponenten wurden alle aus diesem einzigen, vielseitigen Material hergestellt.“

Das schwefelreiche Polymer wird durch die Kombination des Schwefelnebenprodukts der Erdölraffinierung und ungesättigten Pflanzenöls hergestellt, das dann zu Partikeln mit einem Durchmesser von etwa 0,5 Millimetern bis 3 mm gemahlen wird. Hunderte Kilogramm davon können industriell hergestellt werden und stehen so für die Integration in neue Technologien zur Verfügung.

Magnetische Nanopartikel aus Maghemit (γ-Fe2O3) – einem Eisenoxid – wurden heiß gepresst und bei 100 °C in das Polymer integriert, dann wiederholt gemahlen und heiß gepresst, um eine gleichmäßigere Verteilung im gesamten Material zu erreichen.

Die Forscher zeigten, dass das magnetisch reagierende Material zur Entfernung von Quecksilber aus kontaminiertem Wasser verwendet werden kann; Es saugt das giftige Metall auf, da der Schwefel im Polymer Schwermetalle bindet.

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Und anstatt die Mischung filtrieren zu müssen, ermöglichen die magnetischen Nanopartikel eine einfache Aufnahme des Materials mithilfe eines Magneten. Sie könnten die Quecksilberkonzentration im Wasser auf weniger als 7 Teile pro Milliarde reduzieren – eine Reduzierung des Quecksilbers um 99,9 % gegenüber der ursprünglichen Mischung.

„Dies ist eine einfache Möglichkeit, giftige Metalle aus komplexen Mischungen zu entfernen“, sagt Hauptautor Dr. Nic Lundquist, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Chemie an der Flinders University.

Das Material kann auch durch Mikrowellenhärtung zu festen Objekten verarbeitet werden, was das Team durch die Herstellung eines Magnetventils demonstrierte.

Durch die Erhöhung des Eisen-Nanopartikelgehalts des Verbundwerkstoffs konnten sie ein Ventil herstellen, das geöffnet werden konnte, wenn ein elektrischer Strom durch die Magnetspule geleitet wurde, um eine Magnetkraft zu erzeugen.

Ihre magnetische, schwefelreiche Polymerversion hatte nur ein Zehntel der Masse der ursprünglichen kommerziellen Ganzmetallkomponente.

„Dies ist ein Beweis dafür, wie Verbundwerkstoffe auf Polymerbasis ein leichter Ersatz für Maschinenkomponenten sein können, die traditionell vollständig aus Metall bestehen. Solche Fähigkeiten sind wichtig für die Soft-Robotik sowie für Maschinen, die für einen effizienteren Transport ein geringeres Gewicht erfordern“, schreiben die Autoren in ihrem Arbeitszimmer.

Das magnetisch reagierende Material erwies sich auch als wirksames Bindemittel für neue Baumaterialien und eröffnete neue Wege für die Abfallumwandlung.

„Ich freue mich sehr über die möglichen neuen Anwendungen dieser Polymere und kann mir eine Einführung in verschiedenen Bereichen vorstellen, von der Umweltsanierung bis zur Robotik“, sagt Dr. Lundquist.

Ursprünglich von Cosmos als vielseitiges Polymer veröffentlicht, das durch Magnete manipuliert und durch Mikrowellen in Form gebracht werden kann

Imma Perfetto ist Wissenschaftsjournalistin bei Cosmos. Sie hat einen Bachelor of Science mit Auszeichnung in Wissenschaftskommunikation von der University of Adelaide.

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