Vědci vytvořili plast ekvivalentní oceli – pevný, ale ne těžký. Plasty, které chemici někdy nazývají polymery, jsou třídou molekul s dlouhým řetězcem složených z krátkých opakujících se jednotek nazývaných monomery. Na rozdíl od předchozích polymerů stejné pevnosti je nový materiál pouze je dodáván ve formě membrány. Je také 50krát vzduchotěsnější než nejnepropustnější plast na trhu. Dalším pozoruhodným aspektem tohoto polymeru je jeho jednoduchost syntézy. Proces, který probíhá při pokojové teplotě, vyžaduje pouze levné materiály a polymer lze hromadně vyrábět ve velkých plátech, které jsou tlusté pouze nanometrů. Vědci o svých zjištěních informovali 2. února v časopise Nature.
Dotyčný materiál se nazývá polyamid, závitová síť amidových molekulárních jednotek (amidy jsou dusíkaté chemické skupiny připojené k atomům uhlíku vázaným na kyslík). Mezi takové polymery patří Kevlar, vlákno používané k výrobě neprůstřelných vest, a Nomex, ohnivzdorný materiál. odolná tkanina. Stejně jako kevlar jsou molekuly polyamidu v novém materiálu vzájemně spojeny vodíkovými můstky po celé délce svých řetězců, což zvyšuje celkovou pevnost materiálu.
"Drží se pohromadě jako suchý zip," řekl hlavní autor Michael Strano, chemický inženýr z MIT. Trhání materiálů vyžaduje nejen rozbití jednotlivých molekulárních řetězců, ale také překonání obřích mezimolekulárních vodíkových vazeb, které prostupují celý svazek polymerů.
Kromě toho mohou nové polymery automaticky tvořit vločky. Díky tomu se materiál snadno zpracovává, protože z něj lze vytvořit tenké filmy nebo použít jako tenkovrstvý povrchový povlak. Tradiční polymery mají tendenci růst jako lineární řetězce nebo se opakovaně větví a propojení ve třech rozměrech, bez ohledu na orientaci. Stranovy polymery však rostou jedinečným způsobem ve 2D a vytvářejí nanovrstvy.
„Můžete se shrnout na kus papíru? Ukázalo se, že ve většině případů to nemůžete udělat, dokud nebudeme pracovat,“ řekl Strano. „Takže jsme našli nový mechanismus.“ V této nedávné práci jeho tým překonal překážku, která umožnila tuto dvourozměrnou agregaci.
Důvodem, proč mají polyaramidy planární strukturu, je to, že syntéza polymeru zahrnuje mechanismus zvaný autokatalytické templátování: jak se polymer prodlužuje a ulpívá na monomerních stavebních blocích, rostoucí polymerní síť přiměje následné monomery, aby se pouze kombinovaly správným směrem, aby se posílilo spojení monomerů. dvourozměrná struktura. Výzkumníci prokázali, že dokážou snadno nanést polymer v roztoku na plátky a vytvořit tak palcové lamináty o tloušťce menší než 4 nanometry. To je téměř jedna miliontina tloušťky běžného kancelářského papíru.
Ke kvantifikaci mechanických vlastností polymerního materiálu vědci změřili sílu potřebnou k proražení otvorů v zavěšené fólii materiálu jemnou jehlou. Tento polyamid je skutečně tužší než tradiční polymery, jako je nylon, látka používaná k výrobě padáků. k odšroubování tohoto superpevného polyamidu je zapotřebí dvakrát větší síly než u oceli stejné tloušťky. Podle Strana lze látku použít jako ochranný nátěr na kovové povrchy, jako jsou automobilové dýhy, nebo jako filtr k čištění vody. V posledně jmenované funkci musí být ideální filtrační membrána tenká, ale dostatečně pevná, aby odolala vysokým tlakům, aniž by do naší finální dodávky unikla malé, obtěžující nečistoty – dokonale se hodí pro tento polyamidový materiál.
Strano doufá, že v budoucnu rozšíří polymerační metodu na různé polymery nad rámec tohoto kevlarového analogu. "Polymery jsou všude kolem nás," řekl. "Udělají všechno." Představte si, že byste přeměnili mnoho různých druhů polymerů, dokonce i exotických, které mohou vést elektřinu nebo světlo, na tenké filmy, které mohou pokrýt různé povrchy, dodává. "Díky tomuto novému mechanismu lze nyní možná použít jiné druhy polymerů," dodává. řekl Stano.
Ve světě obklopeném plasty má společnost důvod být nadšená z dalšího nového polymeru, jehož mechanické vlastnosti jsou všechno možné, jen ne obyčejné, řekl Strano. Tento aramid je extrémně odolný, což znamená, že můžeme nahradit běžné plasty, od barev přes tašky až po obaly na potraviny. s menším počtem a pevnějšími materiály. Strano dodal, že z hlediska udržitelnosti je tento superpevný 2D polymer krokem správným směrem k osvobození světa od plastů.
Shi En Kim (jak se jí obvykle říká Kim) je nezávislá vědecká spisovatelka narozená v Malajsii a stážistka redakce Popular Science Spring 2022. Rozsáhle psala na témata od svérázného použití pavučin – lidí nebo samotných pavouků – až po sběrače odpadků. ve vesmíru.
Kosmická loď Starliner společnosti Boeing se ještě nedostala k Mezinárodní vesmírné stanici, ale odborníci jsou optimističtí ohledně třetího zkušebního letu.
Jsme účastníkem programu Amazon Services LLC Associates Program, přidruženého reklamního programu navrženého tak, aby nám poskytl způsob, jak vydělávat poplatky propojením s Amazon.com a přidruženými weby. Registrace nebo používání tohoto webu znamená souhlas s našimi Podmínkami služby.
Čas odeslání: 19. května 2022