パンクしても自己修復しちゃうタイヤも夢じゃない。ハーバード大がまったく新しいゴムを開発
Image: Peter and Ryan Allen/Harvard SEAS

パンクしても自己修復しちゃうタイヤも夢じゃない。ハーバード大がまったく新しいゴムを開発

破れにくくて、たとえ破れても自己修復できて、従来のゴムと同じ強度を持っていて、しかも透明

そんな夢のような新素材を思い描くことならだれにだってできますが、本当に作っちゃうところがさすがアメリカの名門ハーバードです。

同大学のJohn A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)所属のLi-Hang Cai博士研究員と、Jinrong Wu客員教授、それにDavid Weitz教授が開発したのはまったく新しいゴムAdvanced Materials誌に掲載された研究成果はすでにハーバード大学が特許を申請しており、今後さまざまなプロダクト開発を進めていくそうです。

夢の新素材を使ったプロダクトで一番想像しやすいのは、パンクしにくいタイヤ。もし破損してしまっても、亀裂を自己修復しながら進めるので、急停止することなく車を路肩に寄せて危険から回避できるだろうと、Cai博士は話しています。他にも、制御装置や、伸縮自在なエレクトロニクス部品、光学デバイスを覆うカバーなどにも使えるんじゃないかとDigital Trendsは推察しています。ぜったい破れないコンドームなんていうのもアリかもしれません。

自己修復性のカギは、水素結合。高校の化学の成績がとんでもなくペケだった筆者にはむずかしい内容なんですが、どうやら、くっついたり離れたりできるようなんですね。一度離れてもまたくっつく水素結合の可逆性を利用して、破れても元に戻れるゴム素材を開発できないかとCai博士研究員らのチームは考えたそうです。

しかし、次世代ゴムを開発するにあたっては問題がふたつありました。まず、水素結合は弱いこと。そして、ゴムのような水を含まないドライ素材には水素結合の力を利用することが難しかったこと。従来のゴムは水素結合よりもずっと強度の高い共有結合でできていますが、共有結合に可逆性はありません。水素結合と共有結合どちらも使ってゴムを作ればいい!と考えましたが、水素結合と共有結合はいわば水と油のように合わないものだそうです。

そこで、Cai博士研究員のチームは、なんと水素結合と共有結合を結びつける分子レベルの「ひも」を創りだしました。Randomly branched polymers(直訳:ランダム分枝状ポリマー)と名づけられたその「ひも」で、本来合わないはずの水素結合と共有結合を一緒に束ねて、ゴムの強度を保ちつつ、自己修復性を備えることに成功したそうです。

この新しいゴムを伸ばしたり、衝撃を与えたりすると、ランダム分枝状ポリマーがねじれてダメージを分散させるので、一か所に亀裂が生じることがなく破れにくいそうです。トップ画像でご覧になれますが、赤く光っているのが共有結合で、緑色が水素結合。二種類の結合が「ひも」状に複雑に絡み合っているから、一か所にダメージが集中することなく、破れにくくて強度の高い素材に仕上がっているんですね。

もしこの世からパンクするタイヤをなくすことができたら。JAFによれば、ロードサービスの出動理由で、四輪でも二輪でも2番目に多いのがタイヤのパンク(1番目はバッテリー切れ)。多くの事故が未然に防げるだけでも、新素材のゴムに大きな期待を感じます。

Image: Peter and Ryan Allen / Harvard University John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Source: Harvard University SEAS, Advanced Materials, Digital Trends , JAF
(山田ちとら)