Para saintis telah mencipta plastik yang setara dengan keluli — kuat tetapi tidak berat. Plastik, yang kadangkala ahli kimia memanggil polimer, ialah kelas molekul rantai panjang yang terdiri daripada unit berulang pendek yang dipanggil monomer. Tidak seperti polimer sebelumnya yang mempunyai kekuatan yang sama, bahan baharu sahaja datang dalam bentuk membran.Ia juga 50 kali lebih kedap udara daripada plastik paling tidak telap di pasaran.Satu lagi aspek ketara polimer ini ialah kesederhanaan sintesisnya.Proses, yang berlaku pada suhu bilik, hanya memerlukan bahan yang murah, dan polimer boleh dihasilkan secara besar-besaran dalam kepingan besar yang hanya tebal nanometer. Para penyelidik melaporkan penemuan mereka pada 2 Februari dalam jurnal Nature.
Bahan yang dimaksudkan dipanggil poliamida, rangkaian berulir unit molekul amida (amida ialah kumpulan kimia nitrogen yang dilekatkan pada atom karbon terikat oksigen). Polimer tersebut termasuk Kevlar, gentian yang digunakan untuk membuat jaket kalis peluru, dan Nomex, bahan api- fabrik kalis.Seperti Kevlar, molekul poliamida dalam bahan baharu dipautkan antara satu sama lain oleh ikatan hidrogen di sepanjang keseluruhan rantainya, yang meningkatkan kekuatan keseluruhan bahan.
"Mereka melekat bersama seperti Velcro," kata pengarang utama Michael Strano, seorang jurutera kimia MIT. Bahan koyak memerlukan bukan sahaja memecahkan rantai molekul individu, tetapi juga mengatasi ikatan hidrogen antara molekul gergasi yang meresap keseluruhan berkas polimer.
Di samping itu, polimer baharu boleh secara automatik membentuk kepingan. Ini menjadikan bahan mudah diproses, kerana ia boleh dibuat menjadi filem nipis atau digunakan sebagai salutan permukaan filem nipis. Polimer tradisional cenderung untuk berkembang sebagai rantai linear, atau berulang kali bercabang dan pautan dalam tiga dimensi, tanpa mengira orientasi.Tetapi polimer Strano berkembang dengan cara yang unik dalam 2D untuk membentuk helaian nano.
“Bolehkah anda agregat pada sekeping kertas? Ternyata, dalam kebanyakan kes, anda tidak boleh melakukannya sehingga kerja kami," kata Strano. "Jadi, kami menemui mekanisme baharu." Dalam kerja baru-baru ini, pasukannya mengatasi halangan untuk menjadikan pengagregatan dua dimensi ini mungkin.
Sebab poliaramida mempunyai struktur satah ialah sintesis polimer melibatkan mekanisme yang dipanggil autocatalytic templating: apabila polimer memanjang dan melekat pada blok binaan monomer, rangkaian polimer yang semakin meningkat mendorong monomer berikutnya untuk hanya Bergabung dalam arah yang betul untuk mengukuhkan kesatuan struktur dua dimensi. Para penyelidik menunjukkan bahawa mereka boleh dengan mudah menyalut polimer dalam larutan pada wafer untuk mencipta lamina selebar inci kurang daripada 4 nanometer tebal. Itu hampir satu juta ketebalan kertas pejabat biasa.
Untuk mengukur sifat mekanikal bahan polimer, penyelidik mengukur daya yang diperlukan untuk mencucuk lubang dalam kepingan bahan yang digantung dengan jarum halus. Poliamida ini sememangnya lebih keras daripada polimer tradisional seperti nilon, fabrik yang digunakan untuk membuat payung terjun. Hebatnya, ia mengambil kuasa dua kali ganda untuk membuka skru poliamida yang sangat kuat ini sebagai keluli dengan ketebalan yang sama.Menurut Strano, bahan itu boleh digunakan sebagai salutan pelindung pada permukaan logam, seperti venir kereta, atau sebagai penapis untuk membersihkan air. Dalam fungsi terakhir, membran penapis yang ideal perlu nipis tetapi cukup kuat untuk menahan tekanan tinggi tanpa membocorkan bahan cemar kecil yang mengganggu ke dalam bekalan akhir kami – sesuai untuk bahan poliamida ini.
Pada masa hadapan, Strano berharap untuk melanjutkan kaedah pempolimeran kepada polimer yang berbeza di luar analog Kevlar ini. "Polimer ada di sekeliling kita," katanya. "Mereka melakukan segala-galanya." Bayangkan menukar pelbagai jenis polimer, malah yang eksotik yang boleh mengalirkan elektrik atau cahaya, menjadi filem nipis yang boleh menutupi pelbagai permukaan, tambahnya. "Disebabkan mekanisme baharu ini, mungkin jenis polimer lain kini boleh digunakan," Stano berkata.
Dalam dunia yang dikelilingi oleh plastik, masyarakat mempunyai sebab untuk teruja dengan satu lagi polimer baharu yang sifat mekanikalnya tidak biasa, kata Strano. Aramid ini sangat tahan lama, yang bermaksud kita boleh menggantikan plastik setiap hari, daripada cat ke beg kepada pembungkusan makanan, dengan bahan yang lebih sedikit dan lebih kuat.Strano menambah bahawa dari sudut kemampanan, polimer 2D yang sangat kuat ini adalah satu langkah ke arah yang betul untuk membebaskan dunia daripada plastik.
Shi En Kim (sebagaimana dia biasanya dipanggil Kim) ialah seorang penulis sains bebas kelahiran Malaysia dan pelatih editorial Popular Science Spring 2022. Dia telah menulis secara meluas mengenai topik yang terdiri daripada penggunaan unik sarang labah-labah—manusia atau labah-labah itu sendiri—hingga pengumpul sampah di angkasa lepas.
Kapal angkasa Starliner Boeing masih belum sampai ke Stesen Angkasa Antarabangsa, tetapi pakar optimis mengenai penerbangan ujian ketiga.
Kami adalah peserta dalam Program Amazon Services LLC Associates, program pengiklanan ahli gabungan yang direka untuk menyediakan cara untuk kami memperoleh yuran dengan memaut ke Amazon.com dan tapak gabungan. Mendaftar atau menggunakan tapak ini merupakan penerimaan Syarat Perkhidmatan kami.
Masa siaran: 19-Mei-2022