צוות בראשות פרופסור וואנג הואאייואן מבית הספר להנדסה כימית באוניברסיטת טיאנג'ין פיתח בהצלחה שרף אפוקסי חדשני המשלב עמידות-לטמפרטורות גבוהות, חוזק וקשיחות גבוהה, ויכולת מיחזור באמצעות עיצוב חדשני של מבנה מולקולרי, ושובר את "דילמת הנדנדה" ארוכת השנים שפקדה את התעשייה. תוצאות המחקר הרלוונטיות פורסמו לאחרונה בכתב העת הבינלאומי *Advanced Materials*. שרף אפוקסי, בשל תכונות ההדבקה המצוינות שלו, החוזק המכני ועמידותו בפני קורוזיה כימית, נמצא בשימוש נרחב בתחומים אסטרטגיים כגון אנרגיה חדשה ואריזות אלקטרוניות. זהו חומר מפתח הכרחי בייצור-מתקדם מודרני, המכונה לעתים קרובות "השלד הבלתי נראה" של התעשייה המודרנית, עם גודל שוק עולמי העולה על 13 מיליארד דולר. בארצי, שרף אפוקסי הוא גם חומר בסיס חשוב לייצור להבי טורבינות רוח. עם זאת, כאשר ציוד אנרגיית רוח נכנס בהדרגה לתקופת ההשבתה שלו, כ-5,800 טון של פסולת חומרים מרוכבים של שרף אפוקסי נוצרים מדי שנה, הנשענים כיום בעיקר על הטמנה או שריפה לסילוק, מה שגורם לא רק לבזבוז משאבים אלא גם ללחץ סביבתי. האתגר המרכזי במיחזור שרף אפוקסי טמון בביצוע "דילמת הנדנדה". שרפי אפוקסי מסורתיים, לאחר ריפוי, יוצרים מבנה רשת תלת-ממדי, הדומה ל"רשת דייג בלתי שבירה". השגת איזון בין חוזק גבוה, עמידות בחום גבוהה, קשיחות ויכולת עיבוד היא תמיד מאתגרת-הקשחה דורשת הקרבת עמידות בחום, בעוד ששיפור עמידות החום מוביל לשבירות. זה לא רק מגביל את היישום שלו בסביבות קיצוניות, אלא גם הופך לצוואר בקבוק מרכזי לייצור ביתי ולהרקה של שרפים אפוקסי גבוהים-. הצוות של פרופסור וואנג הואאייואן התחיל ממקור העיצוב המולקולרי, והטמיע בחוכמה "צמדי יוני בסיס חומציים- הפיכים ברשת הנוקשה של שרפי אפוקסי מסורתיים. זוגות היונים הללו ממלאים תפקיד כפול בחומר: הם גם "בולמי זעזועים מיניאטוריים" הסופגים אנרגיית פגיעה וגם "זרזים חכמים" המתחילים ריקומבינציה של קשרים בטמפרטורות גבוהות. עיצוב זה מאפשר לחומר החדש לשמור על חוזק- גבוה במיוחד (78 MPa) ועמידות בחום (טמפרטורת מעבר זכוכית גבוהה מ-245 מעלות צלזיוס) תוך השגת קשיחות שבר של 8.2 מגה-ג'אול למטר מעוקב. בהשוואה לחומרי שרף אפוקסי זמינים מסחרית-מתקדמים, עמידות החומר החדש בחום משופרת בכ-15%, בעוד קשיחות השבר שלו גדלה כמעט פי שלושה. למרות שמירה על התכונות המצוינות הללו, החומר החדש מחזיק גם ביכולות -ריפוי עצמי ויכולת מיחזור חסרים בשרף אפוקסי מסורתי. "בפעם הראשונה, השגנו צורה ניתנת לתכנות ופירוק כימי בשרף אפוקסי תרמו-מציב בעל ביצועים גבוהים כל כך", אמר וואנג הואייואן. "ניסויים מראים שניתן לעבד חומר זה ולמחזר פיזית מספר פעמים, עם ירידה בביצועים שלא תעלה על 10%". זה שובר את המגבלה של שרפי אפוקסי מסורתיים ש"מתוקנים לצמיתות לאחר ריפוי אחד-". בהתבסס על המאפיינים הייחודיים שלו, הצוות הכין בהצלחה ציפוי מרוכב סופר הידרופובי עם מוליכות תרמית גבוהה-עם זווית מגע מים קרובה ל-150 מעלות-באמצעות תהליך פשוט-חם. התוספת של חומר מילוי בורון ניטריד משפרת באופן משמעותי את המוליכות התרמית, נותנת מענה לאתגרי פיזור החום של תחנות בסיס 5G ושבבים בעלי ביצועים גבוהים, ומספקת תמיכה לשדרוג של תעשיות חומרים-יוקרתיים תחת יעד "פחמן כפול". בעתיד, בתחום כוח הרוח, צפויה יכולת המיחזור שלו לפתור את בעיית סילוק הלהבים שפרשו; במגזר רכבי האנרגיה החדשים, יתרונות החוזק הגבוה, הקשיחות ועמידות הטמפרטורה הגבוהה שלו-יכולים לעזור לשדרג את הציוד להיות קל משקל, ובמקביל לספק סיכויים רחבים להחלפה ביתית של שרפים אפוקסיים-מתקדמים.
