20-зууны синтетик материалын хувьсгалын чухал бүтээгдэхүүн болох нейлон хоолой үүсч хөгжсөн нь полимерийн шинжлэх ухааны шинэ дэвшлийг илэрхийлээд зогсохгүй аж үйлдвэр, анагаах ухаан, автомашин зэрэг салбаруудад технологийн гүн гүнзгий өөрчлөлтийг бий болгож байна. Шинжлэх ухааны үүднээс авч үзвэл нейлон хоолойн судалгаа, хэрэглээ нь материал судлал, химийн инженерчлэл, механик зэрэг олон салбарын мэргэн ухааныг нэгтгэдэг. Энэ нь шинжлэх ухааны суурь онолыг практик технологи болгон хувиргасны ердийн жишээ бөгөөд хүн төрөлхтний өндөр хүчин чадалтай материалын хил хязгаарыг судлах бичил ертөнц юм.
Полимер шинжлэх ухааны инженерийн практик
Нилон (полиамид)-ийн нийлэгжилт нь хүмүүс химийн аргаар практик ач холбогдолтой хагас-болор полимер материалыг анх удаа бүтээж чадсан юм. 1935 онд DuPont-ийн бүтээсэн Nylon 6,6 нь молекулын гинжин хэлхээн дэх амид бүлгүүдийн (-CONH-) тогтмол байрлалтай учир өвөрмөц цогц шинж чанартай: механик өндөр бат бэх, элэгдэлд тэсвэртэй, химийн зэврэлтэнд тэсвэртэй, дунд зэргийн уян хатан чанар. Энэ материалыг хоолойн бүтэц болгон боловсруулах үед эрдэмтэд молекулын жингийн хуваарилалт, талст чанар, чиг баримжаа зэргийг хянах замаар түүний шинж чанарыг удирдан чиглүүлэх хяналтыг амжилттай хийж чадсан. Жишээлбэл, өндөр талстлаг бүсүүд нь хатуу дэмжлэг үзүүлдэг бол аморф бүсүүд нь хоолойд шаардлагатай уян хатан чанарыг өгдөг. Энэхүү бичил бүтцийн нарийн тэнцвэр нь материал судлалын "бүтэц{10}}өмчийн харилцаа"-ны онолын сонгодог жишээ юм.
Аж үйлдвэр дэх тасалдалтай орлуулалт
Уламжлалт металл эсвэл резинэн хоолойнууд давамгайлж байсан эрин үед нейлон хоолой гарч ирснээр шингэний тээврийн системийн дизайны загварыг дахин тодорхойлсон. Гангийн 1/7-ийн нягттай энэ нь ижил эсвэл бүр өндөр тэсрэлт даралтыг тэсвэрлэх чадвартай. Энэ шинж чанар нь сансрын салбарт гидравлик систем дэх хөнгөн жингийн хувьсгалыг шууд удирдсан. Нилон хоолой ашигладаг онгоцны түлшний систем нь жинг 30% -иар бууруулж, түлшний үр ашгийг эрс сайжруулдаг болохыг судалгаагаар тогтоожээ. Химийн үйлдвэрт нейлон нь хүчиллэг болон шүлтлэг орчинд тэсвэртэй (жишээ нь, рН 2-12 орчинд удаан хугацаанд тэсвэрлэх чадвар) нь металл хоолойн цахилгаан химийн зэврэлтийн эрсдэлээс сэргийлж, идэмхий шингэнийг тээвэрлэхэд илүүд үздэг. Энэхүү материалыг солих нь инженерийн зардлыг оновчтой болгохоос гадна аюулгүй байдал, тогтвортой байдлын шинжлэх ухааны сайжруулалт юм.
Салбар хоорондын инновацийн туршилтын платформ
Нейлон хоолойн судалгаа нь олон талт хамтын ажиллагааны өвөрмөц платформыг хангасаар байна. Шингэний механикийн салбарт эрдэмтэд нейлон хоолой доторх шингэний турбулент шинж чанарыг нарийн хэмжих замаар нарийн төвөгтэй хилийн нөхцөлд Ньютоны бус шингэний загваруудыг ашиглах боломжтойг - баталсан. Биоанагаах ухааны инженерчлэлд эмнэлгийн- зэрэглэлийн нейлон хоолой (USP VI ангиллын стандартад нийцсэн гэх мэт) нь био нийцтэй байдал, нарийн дотоод диаметрийн хүлцэл зэргээс шалтгаалан хиймэл цусны судасны прототип хийх, эм дамжуулах системийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болсон. Нэмэлт орчин үеийн хэрэглээнд нейлон хоолойн микро сүвэрхэг бүтцийг ашиглан шүүлтүүрийн мембран материалыг боловсруулах, эсвэл нано нийлмэл өөрчлөлтөөр дамжуулан цахилгаан дамжуулах чадвар, өөрийгөө эдгээх{6}} зэрэг шинээр гарч ирж буй функцуудыг өгөх зэрэг{5}}хамгийн сүүлийн үеийн хэрэглээ орно. Эдгээр хайгуулууд нь полимер материалын шинжлэх ухааны хил хязгаарыг тасралтгүй өргөжүүлж байна.
Тогтвортой хөгжилд урам зориг өгсөн материал Нилон хоолойн талаархи орчин үеийн шинжлэх ухааны судалгаа нь байгаль орчинд ээлтэй өөрчлөлтөд анхаарлаа хандуулж байна. Эрдэмтэд био-түүхий эдээс нейлоныг нийлэгжүүлэх (кастролактамын тос-үүсмэл капролактам гэх мэт) эсвэл дахин ашиглах боломжтой сополимер нейлон үйлдвэрлэх замаар уламжлалт нейлон үйлдвэрлэлтэй холбоотой өндөр эрчим хүчний хэрэглээ болон нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтыг шийдвэрлэхийг оролдож байна. Дулаан тогтворжуулагч ба хэт ягаан туяаны шингээгчийн молекул хийц нь гадаа удаан хугацаагаар ашиглахад -нилон хоолойн цаг агаарын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг. Эдгээр судалгаанууд нь зөвхөн материалын гүйцэтгэлийг сайжруулахад чиглээд зогсохгүй нүүрстөрөгчийн төвийг сахих дэлхийн зорилгын хүрээнд материалын үйлдвэрлэлийг өөрчлөх шинжлэх ухааны эрхэм зорилгыг агуулдаг.
Лабораторийн синтезээс эхлээд дэлхийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээ хүртэл нейлон хоолойн шинжлэх ухааны ач холбогдол нь нэг материалын хамрах хүрээнээс хамаагүй давж гардаг. Энэ нь технологийн инновацид суурь судалгааны тулгын чулуун үүргийг баталж, инженерийн нарийн төвөгтэй асуудлыг шийдвэрлэхэд материалын инженерчлэлийн өвөрмөц мэргэн ухааныг харуулж, ухаалаг материал, биоанагаах ухааны материал зэрэг ирээдүйн хамгийн сүүлийн үеийн салбаруудад-арга зүйн удирдамж өгдөг. Өндөр гүйцэтгэл ба тогтвортой байдлын хоорондох тэнцвэрт байдалд хүрэх хүн төрөлхтний замд нейлон хоолойн түүхийг бичсээр байна.
