ابتكر العلماء بلاستيكًا مكافئًا للفولاذ - قوي ولكنه ليس ثقيلًا. البلاستيك، الذي يطلق عليه الكيميائيون أحيانًا البوليمرات، هو فئة من الجزيئات طويلة السلسلة تتكون من وحدات متكررة قصيرة تسمى المونومرات. وعلى عكس البوليمرات السابقة بنفس القوة، فإن المادة الجديدة فقط يأتي في شكل غشاء. كما أنه محكم الغلق أكثر بـ 50 مرة من البلاستيك الأكثر كتيمة في السوق. ومن الجوانب البارزة الأخرى لهذا البوليمر بساطته في التصنيع. وتتطلب العملية، التي تتم في درجة حرارة الغرفة، مواد رخيصة فقط، و يمكن إنتاج البوليمر بكميات كبيرة في صفائح كبيرة يبلغ سمكها نانومترات فقط. وقد نشر الباحثون نتائجهم في 2 فبراير في مجلة Nature.
تسمى المادة المعنية بولياميد، وهي شبكة ملولبة من وحدات جزيئية أميد (الأميدات عبارة عن مجموعات كيميائية نيتروجينية مرتبطة بذرات الكربون المرتبطة بالأكسجين). وتشمل هذه البوليمرات الكيفلار، وهو ألياف تستخدم لصنع السترات الواقية من الرصاص، ونومكس، وهو مادة مقاومة للحريق. نسيج مقاوم. مثل الكيفلار، ترتبط جزيئات البولي أميد في المادة الجديدة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية على طول طول سلاسلها، مما يعزز القوة الإجمالية للمادة.
قال المؤلف الرئيسي مايكل سترانو، وهو مهندس كيميائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إنها تلتصق ببعضها البعض مثل الفيلكرو". لا يتطلب تمزيق المواد كسر السلاسل الجزيئية الفردية فحسب، بل يتطلب أيضًا التغلب على روابط الهيدروجين العملاقة بين الجزيئات التي تتخلل حزمة البوليمر بأكملها.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن للبوليمرات الجديدة أن تشكل رقائق تلقائيًا. وهذا يجعل المادة سهلة المعالجة، حيث يمكن تحويلها إلى أغشية رقيقة أو استخدامها كطلاء سطحي رقيق. تميل البوليمرات التقليدية إلى النمو كسلاسل خطية، أو تتفرع بشكل متكرر و ترتبط في ثلاثة أبعاد، بغض النظر عن الاتجاه. لكن بوليمرات سترانو تنمو بطريقة فريدة ثنائية الأبعاد لتشكل صفائح نانوية.
"هل يمكنك تجميعها على قطعة من الورق؟ وقال سترانو: "اتضح، في معظم الحالات، أنه لا يمكنك القيام بذلك حتى نبدأ العمل". "لذا، وجدنا آلية جديدة". وفي هذا العمل الأخير، تغلب فريقه على عقبة لجعل هذا التجميع ثنائي الأبعاد ممكنًا.
السبب وراء امتلاك البولياراميدات لبنية مستوية هو أن تخليق البوليمر يتضمن آلية تسمى التحفيز الذاتي: عندما يطول البوليمر ويلتصق بكتل بناء المونومر، فإن شبكة البوليمر المتنامية تحفز المونومرات اللاحقة على الجمع في الاتجاه الصحيح فقط لتعزيز اتحاد البوليمرات. بنية ثنائية الأبعاد. أثبت الباحثون أنهم يستطيعون بسهولة طلاء البوليمر في المحلول على رقائق لتكوين شرائح بعرض بوصة يقل سمكها عن 4 نانومتر. وهذا ما يقرب من واحد على المليون من سمك ورق المكتب العادي.
لقياس الخواص الميكانيكية لمادة البوليمر، قام الباحثون بقياس القوة اللازمة لإحداث ثقوب في طبقة معلقة من المادة باستخدام إبرة دقيقة. مادة البولي أميد هذه أكثر صلابة بالفعل من البوليمرات التقليدية مثل النايلون، وهو القماش المستخدم لصنع المظلات. ويتطلب فك مادة البولي أميد فائقة القوة ضعف القوة التي يتطلبها فك الفولاذ بنفس السماكة. ووفقًا لسترانو، يمكن استخدام المادة كطبقة واقية على الأسطح المعدنية، مثل قشور السيارات، أو كمرشح لتنقية المياه. في الوظيفة الأخيرة، يجب أن يكون غشاء الفلتر المثالي رقيقًا ولكنه قوي بما يكفي لتحمل الضغوط العالية دون تسرب ملوثات صغيرة مزعجة إلى إمداداتنا النهائية - وهو مناسب تمامًا لمادة البولي أميد هذه.
في المستقبل، يأمل سترانو في توسيع طريقة البلمرة لتشمل بوليمرات مختلفة تتجاوز نظير الكيفلار. وقال: "البوليمرات موجودة في كل مكان حولنا". "إنها تفعل كل شيء". ويضيف: "تخيل تحويل العديد من أنواع البوليمرات المختلفة، حتى تلك الغريبة التي يمكنها توصيل الكهرباء أو الضوء، إلى أغشية رقيقة يمكن أن تغطي مجموعة متنوعة من الأسطح. وبسبب هذه الآلية الجديدة، ربما يمكن الآن استخدام أنواع أخرى من البوليمرات". قال ستانو.
وقال سترانو إنه في عالم محاط بالبلاستيك، فإن المجتمع لديه سبب ليكون متحمسًا لبوليمر جديد آخر ذو خصائص ميكانيكية ليست عادية على الإطلاق. إن هذا الأراميد متين للغاية، مما يعني أنه يمكننا استبدال البلاستيك اليومي، من الدهانات إلى الأكياس إلى تغليف المواد الغذائية. بمواد أقل وأقوى. وأضاف سترانو أنه من وجهة نظر الاستدامة، يعد هذا البوليمر فائق القوة ثنائي الأبعاد خطوة في الاتجاه الصحيح لتحرير العالم من البلاستيك.
شي إن كيم (كما يُطلق عليها عادةً كيم) هي كاتبة علمية مستقلة ماليزية المولد ومتدربة في التحرير في مجلة Popular Science Spring 2022. وقد كتبت على نطاق واسع حول موضوعات تتراوح من الاستخدامات غير التقليدية لأنسجة العنكبوت - البشر أو العناكب نفسها - إلى جامعي القمامة. في الفضاء الخارجي.
لم تصل مركبة الفضاء ستارلاينر التابعة لشركة بوينغ إلى محطة الفضاء الدولية بعد، لكن الخبراء متفائلون بشأن رحلة تجريبية ثالثة.
نحن مشاركون في برنامج Amazon Services LLC Associates، وهو برنامج إعلاني مصمم لتوفير وسيلة لنا لكسب الرسوم عن طريق الارتباط بموقع Amazon.com والمواقع التابعة. ويشكل تسجيل هذا الموقع أو استخدامه قبولًا لشروط الخدمة الخاصة بنا.
وقت النشر: 19-مايو-2022