العديد من المواد في العالم الحديث - من المواد البلاستيكية التي تهيمن عليها إلى الرقائق الإلكترونية التي تحركها - مصنوعة من البوليمرات. نظرًا لوجودها في كل مكان والمتطلبات المتطورة لعالمنا ، فإن إيجاد طرق أفضل وأكثر كفاءة لصنعها هو مصدر قلق بحثي مستمر. بالإضافة إلى ذلك ، تستلزم القضايا البيئية الحالية استخدام طرق ومواد إدخال صديقة للبيئة.

كان البحث الأخير الذي أجراه علماء من معهد ناغويا للتكنولوجيا باليابان في هذا السياق ، مضيفًا تطورًا جديدًا إلى تقنية البلمرة التي كانت موجودة وناجحة منذ الثمانينيات: البلمرة الكاتيونية الحية ، حيث لا يمتلك نمو سلسلة البوليمر القدرة لإنهاء حتى يتم استهلاك المونومر. أظهر العلماء ، لأول مرة ، تحفيزًا عضويًا خاليًا من المعادن لهذا التفاعل عند درجة حرارة الغرفة لبوليمرات الفينيل والستايرين ، وهما من أكثر البوليمرات شيوعًا المستخدمة في البلاستيك. طريقتهم ليست فقط أكثر كفاءة من الأساليب الحالية القائمة على المعادن ، ولكنها أيضًا صديقة للبيئة. تم نشر نتائجهم في الجمعية الملكية للكيمياء كيمياء البوليمرات.

في دراستهم ، قاموا أولاً باختبار قابلية تطبيق المحفزات العضوية الرابطة الهالوجينية غير الأيونية والمتعددة (أو العديد من الأزواج الإلكترونية المتوافقة) ، وتحديداً اثنين من oligoarenes يحملان اليود ، على البلمرة الكاتيونية الحية لإيثر إيزوبوتيل فينيل. يوضح الدكتور كوجي تاكاجي ، كبير العلماء في الدراسة ، أحد أسباب اختيارهم لذلك: "الخاصية غير الأيونية مفيدة لأن المحفز قابل للذوبان في مذيبات أقل قطبية مثل التولوين وهو أكثر ملاءمة لمثل هذه بلمرة مونومرات الفينيل ".

وجدوا أنه مع المتغير ثلاثي الأبعاد ، يتقدم التفاعل بسلاسة حتى في درجة حرارة الغرفة ، مما ينتج عنه محصول جيد - وإن كان أقل من الحد النظري - في فترة زمنية معقولة ، دون تحلل المحفز أو الظهور كشوائب في المنتج. كما يشرح الدكتور تاكاجي ، يمكن أن تكون هذه ميزة جيدة على المحفزات المعدنية الموجودة المستخدمة في الصناعة: "بينما ساهمت المحفزات المعدنية بشكل كبير في علوم المواد على مدار القرن الماضي ، غالبًا ما يؤدي تلوث الشوائب المعدنية المتبقية إلى انخفاض في عمر وأداء المواد المنتجة. نعتقد أن النتائج الحالية ستؤدي إلى إنتاج مواد بوليمرية عالية النقاء وموثوق بها ".

بقوله هذا ، فهو بالطبع يشير إلى النتيجة الرئيسية الأخرى في الدراسة أيضًا. اشتمل الجزء الثاني من دراستهم على تقييم قابلية تطبيق محفزات iodoimidazolium الأيونية مع مختلف الأنيونات المضادة (الأيونات السالبة المصاحبة للمجموعة الموجبة الشحنة) إلى بلمرة p-methoxystyrene (pMOS) والستايرين غير المستبدل ، والذي يكون الأخير أكثر صعوبة. بلمرة من السابق.

يمكن بلمرة pMOS بسهولة في درجة حرارة الغرفة في غضون ساعتين وبدون تحلل محفز من ملح 2-iodoimidazolium ثنائي السمن الذي يحتوي على أنيون مضاد ثلاثي الطبقات. أعطى ستيرين غير مستبدل أقصى إنتاج بوليمر من خلال تفاعل عند -10 درجة مئوية لمدة 24 ساعة مع محفز مثبت أنيون ومضاد ضخم يحتوي على أيون.

في حديثه عن المنتجات التي تم الحصول عليها ، يقول الدكتور تاكاجي: "على الرغم من أن البوليمرات التي تم الحصول عليها ليست مخصصة لأي غرض محدد ، فمن المتوقع أن يتم تطبيق منهجيتنا على تركيب البوليمرات الموصلة والبوليمرات القابلة للتحلل ، والتي لا ينبغي أن تتضمن الشوائب المعدنية إذا كانت" لإعادة بنائها للاستخدام العملي. "

في الواقع ، النتائج لا تقدر بثمن للمضي قدمًا في الإنتاج الأكثر كفاءة للمواد البوليمرية لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ومع ذلك ، فإن الاستخدام الناجح للمحفزات العضوية في درجة حرارة الغرفة يوفر أيضًا العديد من المزايا الأخرى. أولاً ، تفتقر المحفزات العضوية إلى الحساسية للرطوبة والأكسجين ، مع مراعاة المشكلة الخطيرة أحيانًا التي تشكلها الطبيعة الاسترطابية نسبيًا للمحفزات الأيونية لتفاعلات البلمرة المتحكم فيها. علاوة على ذلك ، فهي متاحة بسهولة وبالتالي فهي منخفضة التكلفة. كما أنها ليست سامة على البيئة. وعند إجراء التفاعلات في درجة حرارة الغرفة ، تكون متطلبات الطاقة منخفضة.

وبالتالي ، فإن هذه الدراسة تمهد الطريق لإلكترونيات منخفضة التكلفة في المستقبل مصنوعة من مواد صديقة للبيئة بطرق مستدامة.

# # #

* تم إتاحة هذه الدراسة على الإنترنت في أكتوبر 2020 قبل النشر النهائي في الإصدار في 14 نوفمبر 2020

حول معهد ناغويا للتكنولوجيا ، اليابان

معهد ناغويا للتكنولوجيا (NITech) هو معهد هندسي مرموق يقع في ناغويا ، اليابان. تأسست الجامعة عام 1949 ، وتهدف إلى إنشاء مجتمع أفضل من خلال توفير التعليم العالمي وإجراء البحوث المتطورة في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا. تحقيقًا لهذه الغاية ، توفر NITech بيئة رعاية للطلاب والمعلمين والأكاديميين لمساعدتهم على تحويل المهارات العلمية إلى تطبيقات عملية. بعد أن أنشأت مؤخرًا أقسامًا جديدة و "برنامج الهندسة الإبداعية" ، وهو عبارة عن دورة جامعية ودراسات عليا مدتها 6 سنوات ، تسعى NITech جاهدة للنمو باستمرار كجامعة. مع مهمة "إجراء التعليم والبحث بفخر وإخلاص ، من أجل المساهمة في المجتمع" ، تقوم NITech بنشاط بمجموعة واسعة من الأبحاث من العلوم الأساسية إلى العلوم التطبيقية.

الموقع: https: //شبكة الاتصالات العالمية.نيتك.ميلان.جب /م /مؤشر.أتش تي أم أل

حول البروفيسور المشارك كوجي تاكاجي من معهد ناغويا للتكنولوجيا ، اليابان

يعمل الدكتور كوجي تاكاجي حاليًا أستاذًا مشاركًا في قسم علوم الحياة والكيمياء التطبيقية في معهد ناغويا للتكنولوجيا باليابان. بين إكمال درجة الدكتوراه في الهندسة من معهد طوكيو للتكنولوجيا في عام 1998 والانضمام إلى هذا المنصب ، كان جزءًا من العديد من الجمعيات الأكاديمية بما في ذلك الجمعية الكيميائية الأمريكية. تكمن اهتماماته البحثية في كيمياء البوليمر ، والكيمياء التركيبية ، وكيمياء الحالة الصلبة الوظيفية ، والكيمياء المرتبطة بالأجهزة ، والمواد العضوية والهجينة. حتى الآن ، ساهم في 93 ورقة و 5 كتب ، وشارك في العديد من المشاريع والعروض التقديمية البارزة.