Tutkijat ovat luoneet terästä vastaavan muovin – vahvaa, mutta ei raskasta. Muovit, joita kemistit joskus kutsuvat polymeereiksi, ovat pitkäketjuisten molekyylien luokka, jotka koostuvat lyhyistä toistuvista yksiköistä, joita kutsutaan monomeereiksi. Toisin kuin aikaisemmat saman vahvuudet polymeerit, uusi materiaali vain tulee kalvomuodossa.Se on myös 50 kertaa ilmatiivisempi kuin markkinoiden läpäisemätön muovi. Toinen tämän polymeerin huomionarvoinen piirre on sen synteesin yksinkertaisuus. Huoneenlämpötilassa tapahtuva prosessi vaatii vain halpoja materiaaleja ja polymeeriä voidaan valmistaa massatuotantona suuriksi levyiksi, jotka ovat vain nanometriä paksuja.Tutkijat raportoivat havainnoistaan 2. helmikuuta Nature-lehdessä.
Kyseistä materiaalia kutsutaan polyamidiksi, joka on amidimolekyyliyksiköiden kierteinen verkosto (amidit ovat typpikemiallisia ryhmiä, jotka ovat kiinnittyneet happisidoksissa oleviin hiiliatomeihin). Tällaisia polymeerejä ovat muun muassa Kevlar, luodinkestävän liivin valmistukseen käytettävä kuitu ja Nomex, palo- kestävä kangas. Kevlarin tapaan uuden materiaalin polyamidimolekyylit on kytketty toisiinsa vetysidoksilla ketjujensa koko pituudelta, mikä parantaa materiaalin kokonaislujuutta.
"Ne tarttuvat toisiinsa kuin tarranauha", sanoi johtava kirjoittaja Michael Strano, MIT:n kemianinsinööri. Materiaalien repeytyminen edellyttää paitsi yksittäisten molekyyliketjujen katkaisemista, myös molekyylien välisten jättimäisten vetysidosten voittamista, jotka läpäisevät koko polymeerinipun.
Lisäksi uudet polymeerit voivat automaattisesti muodostaa hiutaleita. Tämä tekee materiaalista helposti käsiteltävän, koska siitä voidaan tehdä ohuita kalvoja tai käyttää ohutkalvopintapinnoitteena. Perinteisillä polymeereillä on taipumus kasvaa lineaarisina ketjuina tai toistuvasti haarautumaan ja linkki kolmessa ulottuvuudessa suunnasta riippumatta. Mutta Stranon polymeerit kasvavat ainutlaatuisella tavalla 2D:ssä muodostaen nanolevyjä.
"Voitko koota paperille? Osoittautuu, että useimmissa tapauksissa et voi tehdä sitä ennen kuin työmme on tehty”, Strano sanoi. ”Löysimme siis uuden mekanismin.” Tässä äskettäisessä työssä hänen tiiminsä voitti esteen tehdäkseen tämän kaksiulotteisen yhdistämisen mahdolliseksi.
Syy polyaramidien tasomaiseen rakenteeseen on se, että polymeerisynteesiin liittyy mekanismi, jota kutsutaan autokatalyyttiseksi mallineeksi: kun polymeeri pidentyy ja tarttuu monomeerin rakennuspalikoihin, kasvava polymeeriverkosto saa seuraavat monomeerit vain yhdistymään oikeaan suuntaan vahvistaakseen kaksiulotteinen rakenne.Tutkijat osoittivat, että he voivat helposti päällystää liuoksessa olevan polymeerin kiekoille ja luoda tuuman leveitä laminaatteja, joiden paksuus on alle 4 nanometriä. Se on lähes miljoonasosa tavallisen toimistopaperin paksuudesta.
Polymeerimateriaalin mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi tutkijat mittasivat voiman, joka tarvitaan reikien tekemiseen ripustettuun materiaalilevyyn hienolla neulalla. Tämä polyamidi on todellakin jäykempi kuin perinteiset polymeerit, kuten nylon, laskuvarjojen valmistukseen käytetty kangas. tämän supervahvan polyamidin irrottaminen vaatii kaksi kertaa enemmän voimaa kuin saman paksuinen teräs. Stranon mukaan ainetta voidaan käyttää metallipintojen, kuten autoviilujen, suojapinnoitteena tai suodattimena veden puhdistamiseen. Jälkimmäisessä toiminnossa ihanteellisen suodatinkalvon on oltava ohut, mutta riittävän vahva kestämään korkeita paineita vuotamatta pieniä, haitallisia epäpuhtauksia lopputuotteemme – sopii täydellisesti tälle polyamidimateriaalille.
Tulevaisuudessa Strano toivoo laajentavansa polymerointimenetelmää erilaisiin polymeereihin tämän Kevlar-analogin lisäksi."Polymeerit ovat kaikkialla ympärillämme", hän sanoi. Kuvittele, että monista erilaisista polymeereistä, jopa eksoottisista, jotka voivat johtaa sähköä tai valoa, tehdään ohuita kalvoja, jotka voivat peittää monenlaisia pintoja, hän lisää. ”Tämän uuden mekanismin ansiosta voidaan nyt käyttää myös muunlaisia polymeerejä. Stano sanoi.
Muovien ympäröimässä maailmassa yhteiskunnalla on syytä olla innoissaan toisesta uudesta polymeeristä, jonka mekaaniset ominaisuudet ovat kaikkea muuta kuin tavalliset, Strano sanoi. Tämä aramidi on erittäin kestävä, joten voimme korvata arkipäivän muovit maaleista pusseihin ja elintarvikepakkauksiin. vähemmän ja vahvempia materiaaleja.Strano lisäsi, että kestävän kehityksen näkökulmasta tämä supervahva 2D-polymeeri on askel oikeaan suuntaan vapauttamaan maailma muovista.
Shi En Kim (kuten häntä yleensä kutsutaan Kim) on malesialaissyntyinen freelance-tiedekirjailija ja Popular Science Spring 2022 -toimitusharjoittelija. Hän on kirjoittanut laajasti aiheista hämähäkinseittien omituisista käyttötavoista – ihmisistä tai itse hämähäkkeistä – jätteenkeräilijöihin. ulkoavaruudessa.
Boeingin Starliner-avaruusalus ei ole vielä saavuttanut Kansainvälistä avaruusasemaa, mutta asiantuntijat ovat optimistisia kolmannen testilennon suhteen.
Osallistumme Amazon Services LLC Associates -ohjelmaan, kumppanimainosohjelmaan, joka on suunniteltu tarjoamaan meille tapa ansaita maksuja linkittämällä Amazon.com-sivustoon ja siihen liittyviin sivustoihin. Tämän sivuston rekisteröinti tai käyttö merkitsee palveluehtojemme hyväksymistä.
Postitusaika: 19.5.2022