نجح فريق بقيادة البروفيسور وانغ هواييوان من كلية الهندسة الكيميائية بجامعة تيانجين في تطوير راتنجات إيبوكسي جديدة تجمع بين المقاومة لدرجات الحرارة العالية-والقوة والمتانة العالية وقابلية إعادة التدوير من خلال تصميم مبتكر للبنية الجزيئية، مما أدى إلى كسر -"معضلة التأرجح" طويلة الأمد للأداء التي ابتليت بها الصناعة. تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة مؤخرًا في المجلة الدولية *المواد المتقدمة*. يستخدم راتنجات الإيبوكسي، نظرًا لخصائصه اللاصقة الممتازة، وقوته الميكانيكية، ومقاومته للتآكل الكيميائي، على نطاق واسع في المجالات الإستراتيجية مثل الطاقة الجديدة والتعبئة الإلكترونية. إنها مادة أساسية لا غنى عنها في التصنيع الحديث-المتطور، وغالبًا ما يشار إليها باسم "الهيكل غير المرئي" للصناعة الحديثة، حيث يتجاوز حجم السوق العالمية 13 مليار دولار. في بلدي، يعد راتنجات الإيبوكسي أيضًا مادة أساسية مهمة لتصنيع شفرات توربينات الرياح. ومع ذلك، مع دخول معدات طاقة الرياح تدريجيًا في فترة التوقف عن التشغيل، يتم توليد ما يقرب من 5800 طن من نفايات المواد المركبة من راتنجات الإيبوكسي سنويًا، وتعتمد حاليًا بشكل أساسي على مكب النفايات أو الحرق للتخلص منها، مما لا يتسبب في هدر الموارد فحسب، بل يتسبب أيضًا في الضغط البيئي. التحدي الرئيسي في إعادة تدوير راتنجات الايبوكسي يكمن في أداء "معضلة التأرجح". تشكل راتنجات الإيبوكسي التقليدية، بعد المعالجة، بنية شبكية ثلاثية الأبعاد، تشبه "شبكة صيد غير قابلة للكسر". يمثل تحقيق التوازن بين القوة العالية والمقاومة العالية للحرارة والمتانة وقابلية المعالجة تحديًا دائمًا-تتطلب التقوية التضحية بمقاومة الحرارة، بينما يؤدي تحسين مقاومة الحرارة إلى الهشاشة. وهذا لا يحد من تطبيقه في البيئات القاسية فحسب، بل يصبح أيضًا عائقًا أساسيًا أمام الإنتاج المحلي وتخضير-راتنجات الإيبوكسي عالية الجودة. بدأ فريق البروفيسور وانغ هواييوان من مصدر التصميم الجزيئي، وقام بدمج "أزواج الأيونات القاعدية الحمضية-" القابلة للعكس بذكاء في الشبكة الصلبة من راتنجات الإيبوكسي التقليدية. تلعب هذه الأزواج الأيونية دورًا مزدوجًا في المادة: فهي عبارة عن "ممتصات صدمات مصغرة" تمتص طاقة التأثير و"محفزات ذكية" تبدأ إعادة تركيب الروابط عند درجات حرارة عالية. يسمح هذا التصميم للمادة الجديدة بالحفاظ على قوة عالية جدًا (78 ميجا باسكال) ومقاومة للحرارة (درجة حرارة التحول الزجاجي أكبر من 245 درجة مئوية) مع تحقيق صلابة للكسر تبلغ 8.2 ميجا جول لكل متر مكعب. بالمقارنة مع مواد راتنجات الإيبوكسي عالية الجودة المتوفرة تجاريًا-، تم تحسين مقاومة المادة الجديدة للحرارة بنسبة 15% تقريبًا، في حين تمت زيادة متانة الكسر بمقدار ثلاث مرات تقريبًا. ومع الحفاظ على هذه الخصائص الممتازة، تتمتع المادة الجديدة أيضًا بقدرات-الشفاء الذاتي وقابلية إعادة التدوير التي تفتقر إليها راتنجات الإيبوكسي التقليدية. قال وانغ هويوان: "للمرة الأولى، حققنا شكلًا قابلاً للبرمجة وتحللًا كيميائيًا في مثل هذا النوع من راتنجات الإيبوكسي المتصلدة بالحرارة عالي الأداء". "تظهر التجارب أنه يمكن إعادة معالجة هذه المادة وإعادة تدويرها ماديًا عدة مرات، مع انخفاض في الأداء لا يتجاوز 10٪." وهذا يكسر قيود راتنجات الإيبوكسي التقليدية التي "يتم إصلاحها بشكل دائم بعد المعالجة لمدة-مرة واحدة." واستنادًا إلى خصائصه الفريدة، نجح الفريق في تحضير طبقة مركبة مقاومة للماء وذات موصلية حرارية عالية-بزاوية ملامسة للماء تقترب من 150 درجة-من خلال عملية ضغط ساخنة بسيطة-. تعمل إضافة حشو نيتريد البورون على تحسين التوصيل الحراري بشكل كبير، ومعالجة تحديات تبديد الحرارة لمحطات قاعدة 5G والرقائق عالية الأداء-، وتوفير الدعم لترقية صناعات المواد المتطورة في إطار هدف "الكربون المزدوج". وفي المستقبل، في قطاع طاقة الرياح، من المتوقع أن تؤدي إعادة تدويرها إلى حل مشكلة التخلص من الشفرات المتقاعدة؛ في قطاع مركبات الطاقة الجديدة، يمكن أن تساعد مزايا قوتها وصلابتها العالية ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية-في ترقية المعدات لتصبح خفيفة الوزن، مع توفير آفاق واسعة أيضًا للاستبدال المحلي لراتنجات الإيبوكسي عالية الجودة-.
