นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างพลาสติกที่เทียบเท่ากับเหล็ก ซึ่งมีความแข็งแรงแต่ไม่หนัก พลาสติกซึ่งนักเคมีบางครั้งเรียกว่าโพลีเมอร์ เป็นกลุ่มโมเลกุลสายยาวที่ประกอบด้วยหน่วยสั้น ๆ ที่เรียกว่าโมโนเมอร์ ต่างจากโพลีเมอร์รุ่นก่อน ๆ ที่มีความแข็งแรงเท่ากัน วัสดุใหม่เท่านั้น มาในรูปแบบเมมเบรน อีกทั้งยังสามารถกันอากาศได้มากกว่าพลาสติกที่ซึมผ่านไม่ได้มากที่สุดในตลาดถึง 50 เท่า อีกแง่มุมที่โดดเด่นของโพลีเมอร์นี้คือความเรียบง่ายในการสังเคราะห์ กระบวนการซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องต้องใช้เพียงวัสดุราคาถูกเท่านั้น และ โพลีเมอร์สามารถผลิตได้เป็นจำนวนมากในแผ่นขนาดใหญ่ที่มีความหนาเพียงนาโนเมตร นักวิจัยรายงานการค้นพบของพวกเขาเมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ในวารสาร Nature
วัสดุที่เป็นปัญหาเรียกว่าโพลีเอไมด์ ซึ่งเป็นเครือข่ายเกลียวของหน่วยโมเลกุลเอไมด์ (เอไมด์คือกลุ่มเคมีไนโตรเจนที่ติดอยู่กับอะตอมคาร์บอนที่มีพันธะกับออกซิเจน) โพลีเมอร์ดังกล่าว ได้แก่ เคฟลาร์ ซึ่งเป็นเส้นใยที่ใช้ทำเสื้อกันกระสุน และ Nomex ซึ่งเป็นสารดับเพลิง ผ้าที่ทนทาน เช่นเดียวกับเคฟล่าร์ โมเลกุลโพลีเอไมด์ในวัสดุชนิดใหม่เชื่อมโยงถึงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนตลอดความยาวของสายโซ่ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงโดยรวมของวัสดุ
Michael Strano ผู้เขียนนำ วิศวกรเคมีของ MIT กล่าวว่า "พวกมันเกาะติดกันเหมือน Velcro วัสดุที่ฉีกขาดไม่เพียงแต่ต้องทำลายสายโซ่โมเลกุลแต่ละเส้นเท่านั้น แต่ยังต้องเอาชนะพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลขนาดยักษ์ที่แทรกซึมเข้าไปในมัดโพลีเมอร์ทั้งหมดด้วย
นอกจากนี้ โพลีเมอร์ใหม่สามารถสร้างเกล็ดได้โดยอัตโนมัติ ซึ่งทำให้วัสดุง่ายต่อการแปรรูป เนื่องจากสามารถทำเป็นฟิล์มบางหรือใช้เป็นสารเคลือบพื้นผิวฟิล์มบางได้ โพลีเมอร์แบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะเติบโตเป็นสายโซ่เชิงเส้น หรือแตกแขนงซ้ำ ๆ และ เชื่อมโยงกันในสามมิติ โดยไม่คำนึงถึงการวางแนว แต่โพลีเมอร์ของ Strano เติบโตในรูปแบบ 2 มิติที่ไม่เหมือนใครเพื่อสร้างนาโนชีต
“คุณรวมเป็นกระดาษได้ไหม? ปรากฎว่าในกรณีส่วนใหญ่ คุณจะทำไม่ได้จนกว่าเราจะทำงาน” สตราโนกล่าว “ดังนั้นเราจึงพบกลไกใหม่” ในงานล่าสุดนี้ ทีมงานของเขาเอาชนะอุปสรรคในการทำให้การรวมตัวแบบสองมิตินี้เป็นไปได้
เหตุผลที่โพลีอะราไมด์มีโครงสร้างระนาบคือการสังเคราะห์โพลีเมอร์เกี่ยวข้องกับกลไกที่เรียกว่าเทมเพลตตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ: เมื่อโพลีเมอร์ยาวขึ้นและเกาะติดกับบล็อคการสร้างโมโนเมอร์ เครือข่ายโพลีเมอร์ที่กำลังเติบโตจะชักจูงโมโนเมอร์ที่ตามมาให้รวมกันในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้นเพื่อเสริมสร้างการรวมตัวของ โครงสร้างสองมิติ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าสามารถเคลือบโพลีเมอร์ในสารละลายลงบนแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างลามิเนตที่มีความกว้างนิ้วน้อยกว่า 4 นาโนเมตร ซึ่งถือเป็นความหนาเกือบหนึ่งในล้านของกระดาษสำนักงานทั่วไป
เพื่อหาปริมาณคุณสมบัติทางกลของวัสดุโพลีเมอร์ นักวิจัยได้วัดแรงที่ต้องใช้ในการเจาะรูในแผ่นวัสดุที่แขวนลอยด้วยเข็มละเอียด โพลีเอไมด์นี้มีความแข็งกว่าโพลีเมอร์แบบดั้งเดิม เช่น ไนลอน ซึ่งเป็นผ้าที่ใช้ทำร่มชูชีพจริงๆ ที่น่าสังเกตก็คือ ต้องใช้แรงมากกว่าสองเท่าในการคลายเกลียวโพลีเอไมด์ที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษนี้เหมือนกับเหล็กที่มีความหนาเท่ากัน Strano กล่าวว่าสารนี้สามารถใช้เป็นสารเคลือบป้องกันบนพื้นผิวโลหะ เช่น แผ่นไม้อัดรถยนต์ หรือเป็นตัวกรองเพื่อทำให้น้ำบริสุทธิ์ ในฟังก์ชันหลัง เมมเบรนกรองในอุดมคติจะต้องบางแต่แข็งแรงพอที่จะทนต่อแรงกดดันสูงโดยไม่ทำให้สิ่งปนเปื้อนขนาดเล็กที่น่ารำคาญรั่วไหลเข้าสู่แหล่งจ่ายขั้นสุดท้ายของเรา ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุโพลีเอไมด์นี้
ในอนาคต Strano หวังที่จะขยายวิธีการโพลีเมอไรเซชันไปยังโพลีเมอร์ต่างๆ นอกเหนือจากเคฟลาร์อะนาล็อกนี้ “โพลีเมอร์อยู่รอบตัวเรา” เขากล่าว “พวกมันทำทุกอย่าง” ลองจินตนาการถึงการเปลี่ยนโพลีเมอร์หลายชนิด แม้แต่ชนิดแปลกใหม่ที่สามารถนำไฟฟ้าหรือแสง ให้เป็นฟิล์มบาง ๆ ที่สามารถครอบคลุมพื้นผิวได้หลากหลาย เขากล่าวเสริม "เนื่องจากกลไกใหม่นี้ บางทีโพลีเมอร์ชนิดอื่น ๆ ก็สามารถนำไปใช้ได้แล้ว" สตาโน่กล่าวว่า
ในโลกที่ล้อมรอบด้วยพลาสติก สังคมมีเหตุผลที่จะตื่นเต้นกับโพลีเมอร์ใหม่ที่มีคุณสมบัติเชิงกลอย่างอื่นนอกจากธรรมดา Strano กล่าว อะรามิดนี้มีความทนทานอย่างยิ่ง ซึ่งหมายความว่าเราสามารถทดแทนพลาสติกในชีวิตประจำวันได้ ตั้งแต่สีไปจนถึงถุงไปจนถึงบรรจุภัณฑ์อาหาร ด้วยวัสดุที่น้อยลงและแข็งแรงขึ้น Strano กล่าวเสริมว่าจากมุมมองด้านความยั่งยืน โพลีเมอร์ 2 มิติที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษนี้ถือเป็นก้าวหนึ่งในทิศทางที่ถูกต้องในการปลดปล่อยโลกจากพลาสติก
Shi En Kim (ที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า Kim) เป็นนักเขียนอิสระด้านวิทยาศาสตร์โดยกำเนิดในมาเลเซียและเป็นนักศึกษาฝึกงานด้านบรรณาธิการ Popular Science ฤดูใบไม้ผลิปี 2022 เธอเขียนบทความอย่างกว้างขวางในหัวข้อต่างๆ ตั้งแต่การใช้ใยแมงมุมสุดแปลก เช่น มนุษย์หรือแมงมุม ไปจนถึงคนเก็บขยะ ในอวกาศ
ยานอวกาศ Starliner ของ Boeing ยังไปไม่ถึงสถานีอวกาศนานาชาติ แต่ผู้เชี่ยวชาญมีทัศนคติในแง่ดีเกี่ยวกับการบินทดสอบครั้งที่สาม
เราเป็นผู้เข้าร่วมใน Amazon Services LLC Associates Program ซึ่งเป็นโปรแกรมโฆษณาสำหรับ Affiliate ที่ออกแบบมาเพื่อให้เราได้รับค่าธรรมเนียมโดยการลิงก์ไปยัง Amazon.com และไซต์ในเครือ การลงทะเบียนหรือใช้ไซต์นี้ถือเป็นการยอมรับข้อกำหนดในการให้บริการของเรา
เวลาโพสต์: May-19-2022