מדענים יצרו פלסטיק שווה ערך לפלדה - חזק אך לא כבד. פלסטיק, שלעתים כימאים מכנים פולימרים, הם מחלקה של מולקולות ארוכות שרשרת המורכבות מיחידות חוזרות קצרות הנקראות מונומרים. בניגוד לפולימרים קודמים בעלי אותו חוזק, החומר החדש בלבד מגיע בצורת ממברנה. הוא גם אטום פי 50 מהפלסטיק האטום ביותר בשוק. היבט בולט נוסף של פולימר זה הוא פשטות הסינתזה שלו. התהליך, המתרחש בטמפרטורת החדר, דורש חומרים זולים בלבד, וה ניתן לייצר פולימר המוני ביריעות גדולות בעובי ננומטר בלבד. החוקרים מדווחים על ממצאיהם ב-2 בפברואר בכתב העת Nature.
החומר המדובר נקרא פוליאמיד, רשת מושחלת של יחידות מולקולריות אמיד (אמידים הם קבוצות כימיות חנקן המחוברות לאטומי פחמן הקשורים בחמצן). פולימרים כאלה כוללים Kevlar, סיב המשמש לייצור אפודות חסינות כדורים, ואת Nomex, חומר אש- בד עמיד. כמו קוולר, מולקולות הפוליאמיד בחומר החדש מקושרות זו לזו על ידי קשרי מימן לכל אורך השרשראות שלהן, מה שמשפר את החוזק הכללי של החומר.
"הם נדבקים זה לזה כמו סקוטש", אמר הסופר הראשי מייקל סטראנו, מהנדס כימי ב-MIT. קריעת חומרים דורשת לא רק שבירת שרשראות מולקולריות בודדות, אלא גם התגברות על קשרי המימן הבין-מולקולריים הענקיים שמחלחלים לכל צרור הפולימר.
בנוסף, הפולימרים החדשים יכולים ליצור פתיתים באופן אוטומטי. הדבר הופך את החומר לקל לעיבוד, מכיוון שניתן להפוך אותו לסרטים דקים או להשתמש בו כציפוי משטח של סרט דק. פולימרים מסורתיים נוטים לגדול כשרשראות ליניאריות, או להסתעף שוב ושוב קישור בתלת מימד, ללא קשר לכיוון. אבל הפולימרים של Strano גדלים בצורה ייחודית ב-2D ליצירת ננו-גליונות.
"אתה יכול לצבור על פיסת נייר? מסתבר שברוב המקרים אתה לא יכול לעשות את זה עד העבודה שלנו", אמר סטראנו. "אז מצאנו מנגנון חדש". בעבודה האחרונה הזו, הצוות שלו התגבר על מכשול כדי לאפשר את הצבירה הדו-ממדית הזו.
הסיבה שלפוליארמידים יש מבנה מישורי היא שסינתזת פולימר כוללת מנגנון הנקרא תבנית אוטוקטליטית: כשהפולימר מתארך ונדבק לאבני הבניין של המונומרים, רשת הפולימרים הגדלה גורמת למונומרים הבאים להתאחד רק בכיוון הנכון כדי לחזק את האיחוד של מבנה דו-ממדי. החוקרים הוכיחו שהם יכולים בקלות לצפות את הפולימר בתמיסה על פרוסות כדי ליצור למינציות ברוחב אינץ' בעובי של פחות מ-4 ננומטר. זה כמעט מיליון מהעובי של נייר משרדי רגיל.
כדי לכמת את התכונות המכניות של החומר הפולימרי, החוקרים מדדו את הכוח הנדרש כדי לנעוץ חורים ביריעת חומר תלויה עם מחט עדינה. הפוליאמיד הזה אכן נוקשה יותר מפולימרים מסורתיים כמו ניילון, הבד המשמש לייצור מצנחים. למרבה הפלא, צריך פי שניים כוח כדי לפרק את הפוליאמיד הסופר חזק הזה מאשר פלדה באותו עובי. לפי Strano, החומר יכול לשמש כציפוי מגן על משטחי מתכת, כגון פורנירים לרכב, או כמסנן לטיהור מים. בפונקציה האחרונה, קרום המסנן האידיאלי צריך להיות דק אך חזק מספיק כדי לעמוד בלחצים גבוהים מבלי לדלוף מזהמים קטנים ומטרידים לאספקה הסופית שלנו - התאמה מושלמת לחומר הפוליאמיד הזה.
בעתיד, סטראנו מקווה להרחיב את שיטת הפילמור לפולימרים שונים מעבר לאנלוגי ה-Kevlar הזה. "פולימרים נמצאים מסביבנו", אמר. "הם עושים הכל". תאר לעצמך להפוך סוגים רבים ושונים של פולימרים, אפילו אקזוטיים שיכולים להוליך חשמל או אור, לסרטים דקים שיכולים לכסות מגוון רחב של משטחים, הוא מוסיף. "בגלל המנגנון החדש הזה, אולי ניתן להשתמש כעת בסוגים אחרים של פולימרים." אמר סטאנו.
בעולם מוקף בפלסטיק, לחברה יש סיבה להתרגש מפולימר חדש נוסף שתכונותיו המכניות הן הכל מלבד רגילות, אמר סטרנו. הארמיד הזה עמיד ביותר, מה שאומר שאנחנו יכולים להחליף פלסטיק יומיומיים, מצבעים ועד שקיות ועד אריזות מזון. עם פחות חומרים וחזקים יותר. סטראנו הוסיף שמבחינת קיימות, הפולימר הדו-ממדי הסופר-חזק הזה הוא צעד בכיוון הנכון לשחרר את העולם מפלסטיק.
שי אן קים (כפי שהיא מכונה בדרך כלל קים) היא סופרת מדעית עצמאית ילידת מלזיה ומתמחה בעריכה של מדע פופולרי באביב 2022. היא כתבה רבות על נושאים החל משימושים מוזרים של קורי עכביש - בני אדם או העכבישים עצמם - ועד לאספני אשפה בחלל החיצון.
החללית Starliner של בואינג טרם הגיעה לתחנת החלל הבינלאומית, אך מומחים אופטימיים לגבי טיסת מבחן שלישית.
אנחנו משתתפים בתוכנית Amazon Services LLC Associates, תוכנית פרסום של שותפים שנועדה לספק לנו דרך להרוויח עמלות על ידי קישור ל-Amazon.com ולאתרים קשורים. הרשמה או שימוש באתר זה מהווה הסכמה לתנאי השירות שלנו.
זמן פרסום: 19 במאי 2022