Вчені створили пластик, еквівалентний сталі — міцний, але не важкий. Пластмаси, які хіміки іноді називають полімерами, — це клас довголанцюгових молекул, що складаються з коротких повторюваних одиниць, які називаються мономерами. На відміну від попередніх полімерів такої ж міцності, новий матеріал лише поставляється у формі мембрани. Він також у 50 разів більш герметичний, ніж найбільш водонепроникний пластик на ринку. Ще одним помітним аспектом цього полімеру є його простота синтезу. Процес, який відбувається при кімнатній температурі, вимагає лише дешевих матеріалів, а полімер можна масово виробляти у вигляді великих листів товщиною лише нанометрів. Дослідники повідомляють про свої висновки 2 лютого в журналі Nature.
Матеріал, про який йде мова, називається поліамідом, різьбленою сіткою молекулярних одиниць аміду (аміди — це хімічні групи азоту, приєднані до зв’язаних киснем атомів вуглецю). До таких полімерів належать кевлар, волокно, яке використовується для виготовлення бронежилетів, і номекс, протипожежний стійка тканина. Подібно кевлару, молекули поліаміду в новому матеріалі з’єднані одна з одною водневими зв’язками по всій довжині ланцюгів, що підвищує загальну міцність матеріалу.
«Вони злипаються, як липучки», — сказав провідний автор Майкл Страно, інженер-хімік Массачусетського технологічного інституту. Для розриву матеріалів потрібно не лише розривати окремі молекулярні ланцюги, а й подолати гігантські міжмолекулярні водневі зв’язки, які пронизують весь пучок полімерів.
Крім того, нові полімери можуть автоматично утворювати пластівці. Це полегшує обробку матеріалу, оскільки з нього можна виготовляти тонкі плівки або використовувати як тонкоплівкове покриття поверхні. Традиційні полімери, як правило, ростуть у вигляді лінійних ланцюгів або неодноразово розгалужуються та зв’язок у трьох вимірах, незалежно від орієнтації. Але полімери Strano ростуть унікальним способом у 2D, утворюючи нанолисти.
«Чи можете ви агрегувати на аркуші паперу? Виявляється, у більшості випадків ви не можете це зробити, поки ми не попрацюємо, — сказав Страно. — Отже, ми знайшли новий механізм». У цій недавній роботі його команда подолала перешкоду, щоб зробити це двовимірне агрегування можливим.
Причина, по якій поліараміди мають плоску структуру, полягає в тому, що синтез полімерів включає механізм, званий автокаталітичним шаблоном: коли полімер подовжується та прилипає до будівельних блоків мономеру, зростаюча полімерна мережа спонукає наступні мономери об’єднуватися лише в правильному напрямку, щоб зміцнити об’єднання Двовимірна структура. Дослідники продемонстрували, що вони можуть легко наносити полімер у розчині на пластини для створення ламінатів шириною в дюйми товщиною менше 4 нанометрів. Це майже одна мільйонна товщини звичайного офісного паперу.
Щоб кількісно визначити механічні властивості полімерного матеріалу, дослідники виміряли силу, необхідну для пробивання отворів у підвішеному листі матеріалу за допомогою тонкої голки. Цей поліамід справді жорсткіший за традиційні полімери, такі як нейлон, тканина, яка використовується для виготовлення парашутів. Примітно, для відкручування цього надміцного поліаміду потрібно вдвічі більше сили, ніж для сталі такої ж товщини. За словами Strano, речовина може використовуватися як захисне покриття на металевих поверхнях, таких як автомобільний шпон, або як фільтр для очищення води. Для останньої функції ідеальна фільтруюча мембрана має бути тонкою, але достатньо міцною, щоб витримувати високий тиск без витоку дрібних неприємних забруднювачів у наш кінцевий канал – ідеально підходить для цього поліамідного матеріалу.
У майбутньому Страно сподівається поширити метод полімеризації на інші полімери, окрім кевларового аналога. «Полімери навколо нас, — сказав він. — Вони роблять усе». Уявіть собі, що багато різних видів полімерів, навіть екзотичних, які можуть проводити електрику або світло, перетворюються на тонкі плівки, які можуть покривати різні поверхні, додає він. «Завдяки цьому новому механізму, можливо, тепер можна використовувати інші види полімерів», Стано сказав.
У світі, оточеному пластиком, суспільство має підстави радіти ще одному новому полімеру, механічні властивості якого зовсім не звичайні, сказав Страно. Цей арамід надзвичайно міцний, а це означає, що ми можемо замінити повсякденний пластик, від фарб до пакетів і упаковки для харчових продуктів. з меншою кількістю та міцніших матеріалів. Страно додав, що з точки зору екологічності цей надміцний 2D полімер є кроком у правильному напрямку, щоб звільнити світ від пластику.
Ши Ен Кім (як її зазвичай називають Кім) — незалежний науковий письменник із Малайзії та стажер у редакційній редакції Popular Science Spring 2022. Вона багато писала на різноманітні теми: від дивних способів використання павутини — людьми чи самими павуками — до збирачів сміття в космосі.
Космічний корабель Boeing Starliner ще не досяг Міжнародної космічної станції, але експерти з оптимізмом дивляться на третій випробувальний політ.
Ми беремо участь у партнерській програмі Amazon Services LLC, афілійованій рекламній програмі, розробленій для того, щоб надати нам можливість заробляти гонорари, посилаючись на Amazon.com і афілійовані сайти. Реєстрація або використання цього сайту означає згоду з нашими Умовами обслуговування.
Час розміщення: 19 травня 2022 р