Учените са създали пластмаса, еквивалентна на стомана — здрава, но не тежка. Пластмасите, които химиците понякога наричат полимери, са клас молекули с дълга верига, съставени от къси повтарящи се единици, наречени мономери. За разлика от предишните полимери със същата якост, новият материал само идва под формата на мембрана. Освен това е 50 пъти по-херметичен от най-непропускливата пластмаса на пазара. Друг забележителен аспект на този полимер е неговата простота на синтез. Процесът, който се извършва при стайна температура, изисква само евтини материали и полимер може да се произвежда масово в големи листове с дебелина само нанометри. Изследователите докладват своите открития на 2 февруари в списание Nature.
Въпросният материал се нарича полиамид, резбова мрежа от амидни молекулни единици (амидите са азотни химични групи, свързани с въглеродни атоми, свързани с кислород). Такива полимери включват кевлар, влакно, използвано за направата на бронирани жилетки, и Nomex, противопожарни устойчива тъкан. Подобно на кевлара, полиамидните молекули в новия материал са свързани една с друга чрез водородни връзки по цялата дължина на техните вериги, което подобрява цялостната здравина на материала.
„Те се залепват заедно като велкро“, каза водещият автор Майкъл Страно, химически инженер от Масачузетския технологичен институт. Разкъсването на материали изисква не само разкъсване на отделни молекулни вериги, но и преодоляване на гигантските междумолекулни водородни връзки, които проникват в целия полимерен пакет.
В допълнение, новите полимери могат автоматично да образуват люспи. Това прави материала лесен за обработка, тъй като може да се направи на тънки филми или да се използва като тънкослойно повърхностно покритие. Традиционните полимери са склонни да растат като линейни вериги или многократно да се разклоняват и връзка в три измерения, независимо от ориентацията. Но полимерите на Strano растат по уникален начин в 2D, за да образуват нанолистове.
„Можете ли да обобщите на лист хартия? Оказва се, че в повечето случаи не можете да го направите, докато не работим“, каза Страно. „И така, открихме нов механизъм.“ В тази неотдавнашна работа неговият екип преодоля препятствие, за да направи това двуизмерно агрегиране възможно.
Причината полиарамидите да имат равнинна структура е, че полимерният синтез включва механизъм, наречен автокаталитично формиране: тъй като полимерът се удължава и се придържа към мономерните градивни елементи, растящата полимерна мрежа индуцира следващите мономери да се комбинират само в правилната посока, за да укрепят обединението на двуизмерна структура. Изследователите демонстрираха, че могат лесно да покрият полимера в разтвор върху вафли, за да създадат широки инчове ламинати с дебелина под 4 нанометра. Това е почти една милионна от дебелината на обикновената офис хартия.
За да определят количествено механичните свойства на полимерния материал, изследователите измерват силата, необходима за пробиване на дупки в окачен лист материал с фина игла. Този полиамид наистина е по-твърд от традиционните полимери като найлон, тъканта, използвана за направата на парашути. Забележително е, необходима е два пъти повече сила, за да се развие този суперздрав полиамид, отколкото стомана със същата дебелина. Според Strano веществото може да се използва като защитно покритие върху метални повърхности, като фурнири на автомобили, или като филтър за пречистване на водата. При последната функция идеалната филтърна мембрана трябва да бъде тънка, но достатъчно здрава, за да издържи на високи налягания, без да изпуска малки, неприятни замърсители в нашата крайна доставка – идеално прилягане за този полиамиден материал.
В бъдеще Страно се надява да разшири метода на полимеризация до различни полимери извън този аналог на кевлар. „Полимерите са навсякъде около нас“, каза той. „Те правят всичко.“ Представете си да превърнете много различни видове полимери, дори екзотични, които могат да провеждат електричество или светлина, в тънки филми, които могат да покрият различни повърхности, добавя той. Стано каза.
В един свят, заобиколен от пластмаси, обществото има причина да се вълнува от още един нов полимер, чиито механични свойства са всичко друго, но не и обикновени, каза Страно. Този арамид е изключително издръжлив, което означава, че можем да заменим ежедневните пластмаси, от бои до торби до опаковки за храни, с по-малко и по-здрави материали. Страно добави, че от гледна точка на устойчивостта този супер-здрав 2D полимер е стъпка в правилната посока за освобождаване на света от пластмаса.
Ши Ен Ким (както обикновено я наричат Ким) е роден в Малайзия научен писател на свободна практика и стажант в редакцията на Popular Science Spring 2022. Тя е писала много по теми, вариращи от странните употреби на паяжините – хората или самите паяци – до събирачите на боклук в космоса.
Космическият кораб Starliner на Boeing все още не е достигнал Международната космическа станция, но експертите са оптимисти за трети тестов полет.
Ние сме участник в програмата за сътрудници на Amazon Services LLC, партньорска рекламна програма, предназначена да ни предостави начин да печелим такси чрез свързване към Amazon.com и свързани сайтове. Регистрирането или използването на този сайт представлява приемане на нашите Условия за ползване.
Време на публикуване: 19 май 2022 г