Forskere har skabt plast svarende til stål - stærk, men ikke tung. Plast, som kemikere nogle gange kalder polymerer, er en klasse af langkædede molekyler, der består af korte gentagne enheder kaldet monomerer. I modsætning til tidligere polymerer af samme styrke er det nye materiale kun kommer i membranform. Den er også 50 gange mere lufttæt end den mest uigennemtrængelige plast på markedet. Et andet bemærkelsesværdigt aspekt ved denne polymer er dens enkelhed i syntesen. Processen, som foregår ved stuetemperatur, kræver kun billige materialer, og polymer kan masseproduceres i store ark, der kun er nanometer tykke.Forskerne rapporterer deres resultater 2. februar i tidsskriftet Nature.
Det pågældende materiale kaldes et polyamid, et gevindnet af amidmolekylære enheder (amider er kemiske nitrogengrupper knyttet til oxygenbundne kulstofatomer). Sådanne polymerer omfatter Kevlar, en fiber, der bruges til at fremstille skudsikre veste, og Nomex, en brand- resistent stof.Ligesom Kevlar er polyamidmolekylerne i det nye materiale forbundet med hinanden ved hjælp af hydrogenbindinger langs hele deres kæder, hvilket øger materialets samlede styrke.
"De klæber sammen som velcro," sagde hovedforfatter Michael Strano, en kemisk ingeniør ved MIT. At rive materialer kræver ikke kun at bryde individuelle molekylære kæder, men også overvinde de gigantiske intermolekylære hydrogenbindinger, der gennemsyrer hele polymerbundtet.
Derudover kan de nye polymerer automatisk danne flager. Dette gør materialet let at forarbejde, da det kan laves til tynde film eller bruges som en tyndfilm overfladebelægning. Traditionelle polymerer har en tendens til at vokse som lineære kæder eller gentagne gange forgrene sig og link i tre dimensioner, uanset orientering. Men Stranos polymerer vokser på en unik måde i 2D for at danne nanoark.
"Kan du samle på et stykke papir? Det viser sig, at du i de fleste tilfælde ikke kan gøre det, før vores arbejde,” sagde Strano.” Så vi fandt en ny mekanisme.” I dette seneste arbejde overvandt hans team en forhindring for at gøre denne todimensionelle sammenlægning mulig.
Grunden til, at polyaramider har en plan struktur, er, at polymersyntese involverer en mekanisme kaldet autokatalytisk skabelon: efterhånden som polymeren forlænges og klæber til monomerens byggesten, inducerer det voksende polymernetværk efterfølgende monomerer til kun at kombinere i den rigtige retning for at styrke foreningen af todimensionel struktur. Forskerne viste, at de nemt kunne belægge polymeren i opløsning på wafere for at skabe tomme brede laminater, der er mindre end 4 nanometer tykke. Det er næsten en milliontedel af tykkelsen af almindeligt kontorpapir.
For at kvantificere polymermaterialets mekaniske egenskaber målte forskerne den kraft, der krævedes for at stikke huller i et ophængt ark materiale med en fin nål. Dette polyamid er faktisk stivere end traditionelle polymerer som nylon, det stof, der bruges til at lave faldskærme. Bemærkelsesværdigt, det kræver dobbelt så meget kraft at skrue dette superstærke polyamid af som stål af samme tykkelse.Ifølge Strano kan stoffet bruges som en beskyttende belægning på metaloverflader, såsom bilfiner, eller som et filter til at rense vand. I sidstnævnte funktion skal den ideelle filtermembran være tynd, men stærk nok til at modstå høje tryk uden at lække små, generende urenheder ind i vores endelige forsyning – en perfekt pasform til dette polyamidmateriale.
I fremtiden håber Strano at udvide polymeriseringsmetoden til forskellige polymerer ud over denne Kevlar-analog." Polymerer er overalt omkring os," sagde han. "De gør alt." Forestil dig at omdanne mange forskellige slags polymerer, selv eksotiske, der kan lede elektricitet eller lys, til tynde film, der kan dække en række forskellige overflader, tilføjer han."På grund af denne nye mekanisme kan der måske nu bruges andre slags polymerer." sagde Stano.
I en verden omgivet af plastik har samfundet grund til at være begejstret for endnu en ny polymer, hvis mekaniske egenskaber er alt andet end almindelige, sagde Strano. Denne aramid er ekstremt holdbar, hvilket betyder, at vi kan erstatte hverdagsplastik, fra maling til poser til fødevareemballage. med færre og stærkere materialer.Strano tilføjede, at fra et bæredygtighedssynspunkt er denne superstærke 2D-polymer et skridt i den rigtige retning for at befri verden fra plastik.
Shi En Kim (som hun normalt kaldes Kim) er en malaysisk-født freelance videnskabsforfatter og redaktionel i Popular Science foråret 2022. Hun har skrevet meget om emner lige fra den skæve brug af spindelvæv – mennesker eller edderkopperne selv – til skraldesamlere i det ydre rum.
Boeings Starliner-rumfartøj har endnu ikke nået den internationale rumstation, men eksperter er optimistiske omkring en tredje testflyvning.
Vi er deltager i Amazon Services LLC Associates-programmet, et affilieret annonceringsprogram designet til at give os mulighed for at tjene gebyrer ved at linke til Amazon.com og tilknyttede websteder. Registrering eller brug af dette websted udgør accept af vores servicevilkår.
Indlægstid: 19. maj 2022