Οι επιστήμονες δημιούργησαν πλαστικό ισοδύναμο με χάλυβα — ισχυρό αλλά όχι βαρύ. Τα πλαστικά, τα οποία οι χημικοί μερικές φορές αποκαλούν πολυμερή, είναι μια κατηγορία μορίων μακράς αλυσίδας που αποτελούνται από μικρές επαναλαμβανόμενες μονάδες που ονομάζονται μονομερή. Σε αντίθεση με προηγούμενα πολυμερή ίδιας ισχύος, το νέο υλικό μόνο έρχεται σε μορφή μεμβράνης. Είναι επίσης 50 φορές πιο αεροστεγές από το πιο αδιαπέραστο πλαστικό στην αγορά. Μια άλλη αξιοσημείωτη πτυχή αυτού του πολυμερούς είναι η απλότητα της σύνθεσής του. Η διαδικασία, η οποία πραγματοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου, απαιτεί μόνο φθηνά υλικά και Το πολυμερές μπορεί να παραχθεί μαζικά σε μεγάλα φύλλα πάχους μόνο νανόμετρων. Οι ερευνητές αναφέρουν τα ευρήματά τους στις 2 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature.
Το εν λόγω υλικό ονομάζεται πολυαμίδιο, ένα σπειροειδές δίκτυο μοριακών μονάδων αμιδίου (τα αμίδια είναι χημικές ομάδες αζώτου που συνδέονται με άτομα άνθρακα που συνδέονται με οξυγόνο). Τέτοια πολυμερή περιλαμβάνουν το Kevlar, μια ίνα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αλεξίσφαιρων γιλέκων, και το Nomex, ένα πυρίμαχο ανθεκτικό ύφασμα. Όπως το Kevlar, τα μόρια πολυαμιδίου στο νέο υλικό συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου σε όλο το μήκος των αλυσίδων τους, γεγονός που ενισχύει τη συνολική αντοχή του υλικού.
«Κολλάνε μεταξύ τους όπως το Velcro», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας Michael Strano, χημικός μηχανικός του MIT. Τα υλικά σχίσεως απαιτούν όχι μόνο το σπάσιμο των μεμονωμένων μοριακών αλυσίδων, αλλά και την υπέρβαση των γιγάντιων διαμοριακών δεσμών υδρογόνου που διαπερνούν ολόκληρη τη δέσμη πολυμερών.
Επιπλέον, τα νέα πολυμερή μπορούν να σχηματίσουν αυτόματα νιφάδες. Αυτό καθιστά το υλικό εύκολο στην επεξεργασία, καθώς μπορεί να κατασκευαστεί σε λεπτές μεμβράνες ή να χρησιμοποιηθεί ως επίστρωση επιφάνειας λεπτής μεμβράνης. Τα παραδοσιακά πολυμερή τείνουν να αναπτύσσονται ως γραμμικές αλυσίδες ή να διακλαδίζονται επανειλημμένα και σύνδεσμος σε τρεις διαστάσεις, ανεξαρτήτως προσανατολισμού. Όμως τα πολυμερή του Strano αναπτύσσονται με μοναδικό τρόπο σε 2D για να σχηματίσουν νανοφύλλα.
«Μπορείς να συγκεντρώσεις σε ένα κομμάτι χαρτί; Αποδεικνύεται, στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν μπορείτε να το κάνετε μέχρι τη δουλειά μας», είπε ο Στράνο. «Έτσι, βρήκαμε έναν νέο μηχανισμό». Σε αυτήν την πρόσφατη εργασία, η ομάδα του ξεπέρασε ένα εμπόδιο για να κάνει δυνατή αυτή τη δισδιάστατη συγκέντρωση.
Ο λόγος που τα πολυαραμίδια έχουν επίπεδη δομή είναι ότι η σύνθεση πολυμερών περιλαμβάνει έναν μηχανισμό που ονομάζεται αυτοκαταλυτικό πρότυπο: καθώς το πολυμερές επιμηκύνεται και κολλάει στα δομικά στοιχεία του μονομερούς, το αναπτυσσόμενο δίκτυο πολυμερών προκαλεί τα επόμενα μονομερή να συνδυάζονται μόνο προς τη σωστή κατεύθυνση για να ενισχυθεί η ένωση του Δισδιάστατη δομή. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι μπορούσαν εύκολα να επικαλύψουν το πολυμερές σε διάλυμα σε γκοφρέτες για να δημιουργήσουν ελάσματα πλάτους ίντσας με πάχος λιγότερο από 4 νανόμετρα. Αυτό είναι σχεδόν το ένα εκατομμυριοστό του πάχους του κανονικού χαρτιού γραφείου.
Για να ποσοτικοποιήσουν τις μηχανικές ιδιότητες του πολυμερούς υλικού, οι ερευνητές μέτρησαν τη δύναμη που απαιτείται για να ανοίξουν τρύπες σε ένα αιωρούμενο φύλλο υλικού με μια λεπτή βελόνα. Αυτό το πολυαμίδιο είναι πράγματι πιο άκαμπτο από τα παραδοσιακά πολυμερή όπως το νάιλον, το ύφασμα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αλεξίπτωτων. χρειάζεται διπλάσια δύναμη για να ξεβιδωθεί αυτό το εξαιρετικά ισχυρό πολυαμίδιο από το ατσάλι του ίδιου πάχους. Σύμφωνα με τον Strano, η ουσία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προστατευτική επίστρωση σε μεταλλικές επιφάνειες, όπως καπλαμάς αυτοκινήτου, ή ως φίλτρο για τον καθαρισμό του νερού. Στην τελευταία λειτουργία, η ιδανική μεμβράνη φίλτρου πρέπει να είναι λεπτή αλλά αρκετά ισχυρή ώστε να αντέχει σε υψηλές πιέσεις χωρίς να διαρρέουν μικροί, ενοχλητικοί ρύποι στην τελική μας παροχή – τέλεια εφαρμογή για αυτό το πολυαμιδικό υλικό.
Στο μέλλον, ο Strano ελπίζει να επεκτείνει τη μέθοδο πολυμερισμού σε διαφορετικά πολυμερή πέρα από αυτό το ανάλογο του Kevlar."Τα πολυμερή είναι παντού γύρω μας", είπε "Κάνουν τα πάντα." Φανταστείτε να μετατρέψετε πολλά διαφορετικά είδη πολυμερών, ακόμη και εξωτικά που μπορούν να μεταδώσουν ηλεκτρισμό ή φως, σε λεπτές μεμβράνες που μπορούν να καλύψουν διάφορες επιφάνειες, προσθέτει. είπε ο Στάνο.
Σε έναν κόσμο που περιβάλλεται από πλαστικά, η κοινωνία έχει λόγους να είναι ενθουσιασμένη με ένα άλλο νέο πολυμερές, του οποίου οι μηχανικές ιδιότητες είναι κάθε άλλο παρά συνηθισμένες, είπε ο Strano. με λιγότερα και ισχυρότερα υλικά. Ο Strano πρόσθεσε ότι από άποψη βιωσιμότητας, αυτό το εξαιρετικά ισχυρό 2D πολυμερές είναι ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση για την απελευθέρωση του κόσμου από το πλαστικό.
Η Shi En Kim (όπως συνηθίζεται να την αποκαλούν Kim) είναι μια Μαλαισιανή καταγωγή ανεξάρτητη συγγραφέας επιστήμης και ασκούμενη στο Popular Science Spring 2022. Έχει γράψει εκτενώς για θέματα που κυμαίνονται από τις ιδιόρρυθμες χρήσεις των ιστών αράχνης—τους ανθρώπους ή τις ίδιες τις αράχνες—μέχρι τους συλλέκτες σκουπιδιών στο διάστημα.
Το διαστημόπλοιο Starliner της Boeing δεν έχει φτάσει ακόμη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, αλλά οι ειδικοί είναι αισιόδοξοι για μια τρίτη δοκιμαστική πτήση.
Συμμετέχουμε στο Πρόγραμμα Συνεργατών της Amazon Services LLC, ένα διαφημιστικό πρόγραμμα συνεργατών που έχει σχεδιαστεί για να μας παρέχει έναν τρόπο να κερδίζουμε χρεώσεις μέσω σύνδεσης με το Amazon.com και συνδεδεμένους ιστότοπους. Η εγγραφή ή η χρήση αυτού του ιστότοπου συνιστά αποδοχή των Όρων Παροχής Υπηρεσιών.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Μαΐου 2022