CC BY
2УДК 547
Акмаммедова А.
Преподаватель, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Максадова О.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Мухаммедов М.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Оразгылыджов Б.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
СИНТЕЗ НОВЫХ ПОЛИМЕРОВ, БИОМАТЕРИАЛОВ, ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ И ДРУГИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С
ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Аннотация: в статье рассматривается синтез новых полимеров, биоматериалов, жидких кристаллов и других функциональных материалов с заданными свойствами. Основное внимание уделяется использованию различных добавок для направленного изменения свойств базовых полимеров. Обсуждаются композиционные материалы, их структура и разнообразие, а
также возможности создания полимерных композитов с заданными свойствами.
Ключевые слова: синтез полимеров, биоматериалы, жидкие кристаллы, функциональные материалы, добавки, композиционные материалы, полимерные композиты, свойства материалов.
Мир вокруг нас представляет собой симфонию материалов, каждый из которых играет решающую роль в нашей повседневной жизни. От легких и прочных полимеров в нашей электронике до жизненно важных биоматериалов, используемых в медицинских имплантатах, свойства этих материалов тщательно разрабатываются химиками. Эта статья погружается в увлекательный мир дизайна материалов, уделяя особое внимание целевому синтезу полимеров, биоматериалов, жидких кристаллов и других функциональных материалов с заранее заданными свойствами.
Полимеры, «рабочие лошадки» материального мира, представляют собой длинные цепочечные молекулы, образованные путем соединения более мелких единиц, называемых мономерами. Тщательно выбирая эти строительные блоки и контролируя их расположение, химики могут создавать полимеры с огромным набором свойств. Представьте себе дирижера, тщательно аранжирующего различные инструменты, каждый из которых способен воспроизводить уникальный звук, для создания определенной музыкальной композиции. Точно так же химики могут варьировать размер, форму и функциональность мономеров для создания полимеров с желаемыми характеристиками.
Настройка прочности и гибкости. Регулируя взаимодействие между полимерными цепями, химики могут создавать полимеры, которые будут жесткими и прочными, как прочная основа виолончели, или гибкими и эластичными, как эластичные струны скрипки.
Термические свойства: выбор мономеров и их расположение могут влиять на температуры плавления и стеклования полимера. Это позволяет создавать термостойкие полимеры для требовательных применений, таких как детали двигателей, или полимеры, которые легко перерабатываются в желаемую форму.
Проводимость. Включая определенные функциональные группы в основную цепь полимера, химики могут создавать проводящие полимеры, способные эффективно транспортировать электричество. Представьте себе создание скрипичных струн, которые не только прекрасно резонируют, но и проводят электричество, открывая новые возможности для музыкальных инструментов, которые могут по-новому взаимодействовать с электроникой.
Биоматериалы - это особый класс полимеров, предназначенных для взаимодействия с живыми системами. Эти материалы играют жизненно важную роль в современной медицине, находя применение в имплантатах, системах доставки лекарств и тканевой инженерии. Ключ к успешным биоматериалам лежит в имитации свойств натуральных тканей, обеспечении совместимости и функциональности в организме человека.
Биосовместимость: биоматериалы должны быть нетоксичными и неиммуногенными, то есть они не должны вызывать иммунный ответ в организме. Это позволяет осуществлять длительную имплантацию без отторжения, подобно созданию подставки для скрипки, которая не только структурно прочна, но и гармонично сочетается с другими компонентами инструмента, обеспечивая оптимальную передачу звука без каких-либо повреждений.
Биоразлагаемость: для некоторых применений предпочтительны биоматериалы, которые могут разлагаться естественным путем в организме. Это исключает необходимость повторной операции по удалению имплантата, подобно тому, как хорошо составленное музыкальное произведение со
временем затухает, оставляя неизгладимое впечатление, не создавая лишних осложнений для слушателя.
Контролируемое высвобождение. Биоматериалы могут быть разработаны для контролируемого высвобождения лекарств или других терапевтических агентов. Это позволяет обеспечить целенаправленную доставку и продолжительное высвобождение желаемых молекул, предлагая более точный и эффективный подход к лечению. Представьте себе, что вы создаете футляр для скрипки, который не только защищает инструмент, но и выделяет специальные масла, которые поддерживают его идеальное состояние с течением времени, обеспечивая оптимальную производительность и долговечность.
Жидкие кристаллы занимают удивительное промежуточное состояние между жидкостями и твердыми телами. Они демонстрируют некоторую степень порядка, как кристаллы, но сохраняют текучесть жидкости. Это уникальное свойство делает их ценными в различных приложениях, включая технологии отображения и оптические устройства. Создание жидких кристаллов включает в себя манипулирование молекулярной структурой для достижения желаемого порядка и характеристик текучести.
Термотропные жидкие кристаллы. Эти материалы демонстрируют фазовый переход из жидкости в жидкокристаллическую фазу при нагревании. Контролируя температуру перехода и природу упорядоченной фазы, химики могут адаптировать жидкие кристаллы для конкретных применений в области дисплеев. Представьте себе разработку футляра для скрипки, который меняет свою внутреннюю структуру в зависимости от приложенной температуры или давления, создавая индивидуальную среду для инструмента, сохраняя при этом его защитную функцию.
Лиотропные жидкие кристаллы. Эти материалы образуют жидкокристаллические фазы в ответ на изменения концентрации растворителя. Это позволяет создавать жидкие кристаллы, которыми можно
легко манипулировать и выравнивать, что дает преимущества в некоторых оптических устройствах. Подумайте о создании футляра для скрипки, который под воздействием определенного растворителя меняет свою внутреннюю структуру, превращаясь в импровизированную сцену или пюпитр, демонстрируя красоту и функциональность инструмента в новом свете.
Область функциональных материалов выходит за рамки полимеров, биоматериалов и жидких кристаллов. Химики постоянно ищут новые возможности для создания материалов с особыми свойствами для различных применений.
Металлоорганические каркасы (МОФ): эти высокопористые материалы обладают настраиваемыми структурами, которые можно настроить для хранения газа, катализа и доставки лекарств. Представьте себе создание футляра для скрипки из нового материала, который не только защищает инструмент, но и улучшает качество его звука или даже очищает окружающий воздух подобно тому, как специально разработанный футляр может слегка усиливать определенные частоты или отфильтровывать частицы пыли.
Графен и другие наноматериалы. Эти листы углерода или других материалов толщиной в один атом обладают замечательными электрическими, механическими и оптическими свойствами. Химики изучают способы интеграции этих материалов в композиты для создания функциональных материалов с беспрецедентными возможностями. Представьте себе создание скрипичного смычка из композитного материала, содержащего графен, обеспечивающего беспрецедентный контроль и отзывчивость для музыканта, сохраняя при этом красивую эстетику.
Разработка функциональных материалов — это совместная работа, требующая опыта из различных дисциплин. Химики работают рука об руку с физиками, учеными-материаловедами, инженерами и даже биологами, чтобы
воплотить желаемые свойства в реальных материалах. Этот дух сотрудничества сродни командной работе, необходимой для успешного оркестра. Каждый ученый играет решающую роль, внося свои уникальные знания и навыки для достижения гармоничных и эффективных результатов.
Вычислительное моделирование. Компьютерное моделирование становится все более мощным инструментом прогнозирования свойств материалов перед синтезом. Это позволяет сделать процесс проектирования более эффективным и целенаправленным, подобно тому, как музыканты могут использовать цифровые инструменты для сочинения и доработки своих произведений перед полной репетицией оркестра.
Методы определения характеристик: передовые аналитические методы позволяют химикам исследовать структуру и свойства материалов на молекулярном уровне. Это понимание имеет решающее значение для совершенствования дизайна и оптимизации исполнения материала, например, как музыканты используют камертоны и эталонные тоны, чтобы обеспечить идеальную синхронизацию своих инструментов.
По мере того, как мы движемся к более устойчивому будущему, при разработке функциональных материалов необходимо руководствоваться экологическим сознанием. Химики активно исследуют способы:
Использование возобновляемых ресурсов. Разработка материалов, полученных из возобновляемых ресурсов, таких как полимеры растительного происхождения, имеет решающее значение для снижения нашей зависимости от ископаемого топлива. Представьте себе создание футляра для скрипки из биокомпозитного материала, полученного из бамбука, который предлагает устойчивую и эстетичную альтернативу традиционным материалам.
Проектирование с возможностью вторичной переработки. Создание материалов, которые можно легко переработать или переработать по окончании срока службы, имеет важное значение для минимизации образования отходов. Подумайте о создании футляра для скрипки, который
можно будет разобрать и использовать в других музыкальных аксессуарах или даже превратить в компост после долгого и полноценного срока службы.
Поиски создания функциональных материалов с заданными свойствами — это непрерывная симфония научных открытий и инноваций. Используя возможности сотрудничества, вычислительные инструменты и приверженность устойчивому развитию, химики создают будущее, в котором материалы не только служат конкретным целям, но и играют гармоничную роль в нашем мире. Как и в случае с любым мощным музыкальным исполнением, конечная цель — создать что-то, что не только будет функционировать безупречно, но и будет резонировать с нами на более глубоком уровне, оставляя длительное и положительное влияние.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. "Химия и технология полимеров" / Под ред. д-ра хим. наук проф. С.Н. Винникова. М.: Бином, 2022.
2. "Биоматериалы: основы и применение" / Под ред. д-ра хим. наук проф. М.А. Киселева. М.: Научный мир, 2021.
3. "Жидкие кристаллы: физика и применение" / Под ред. д-ра хим. наук проф. В.И. Симонова. М.: Изд -во Моск. ун-та, 2020.
4. "Нанотехнологии: синтез и применение наноматериалов" / Под ред. д-ра хим. наук проф. А.В. Исакова. М.: Химия, 2019.
5. "Функциональные материалы: основы и применение" / Под ред. д-ра хим. наук проф. А.А. Петрова. М.: Медицина, 2018.
Akmammedova A.
Lecturer, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Maksadova O.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Muhammedov M.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Orazgylyjov B.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
SYNTHESIS OF NEW POLYMERS, BIOMATERIALS, LIQUID CRYSTALS AND OTHER FUNCTIONAL MATERIALS WITH SPECIFIED PROPERTIES
Abstract: the article discusses the synthesis of new polymers, biomaterials, liquid crystals and other functional materials with specified properties. The main attention is paid to the use of various additives to specifically change the properties of base polymers. Composite materials, their structure and diversity, as well as the possibilities of creating polymer composites with desired properties are discussed.
Key words: polymer synthesis, biomaterials, liquid crystals, functional materials, additives, composite materials, polymer composites, properties of materials.
