Các nhà khoa học đã tạo ra loại nhựa tương đương với thép - bền nhưng không nặng. Nhựa, mà các nhà hóa học đôi khi gọi là polyme, là một loại phân tử chuỗi dài được tạo thành từ các đơn vị lặp lại ngắn gọi là monome. Không giống như các polyme trước đây có cùng độ bền, vật liệu mới chỉ có có dạng màng. Nó cũng kín khí hơn 50 lần so với loại nhựa không thấm nước nhất trên thị trường. Một khía cạnh đáng chú ý khác của loại polymer này là tính đơn giản trong quá trình tổng hợp. Quá trình diễn ra ở nhiệt độ phòng, chỉ cần những vật liệu rẻ tiền và polyme có thể được sản xuất hàng loạt ở dạng tấm lớn chỉ dày nanomet. Các nhà nghiên cứu báo cáo phát hiện của họ trên tạp chí Nature vào ngày 2 tháng 2.
Vật liệu được đề cập được gọi là polyamit, một mạng lưới gồm các đơn vị phân tử amit (amit là nhóm hóa học nitơ gắn với các nguyên tử cacbon liên kết với oxy). Các polyme như vậy bao gồm Kevlar, một loại sợi dùng để chế tạo áo chống đạn, và Nomex, chất chống cháy. vải bền. Giống như Kevlar, các phân tử polyamit trong vật liệu mới được liên kết với nhau bằng liên kết hydro dọc theo toàn bộ chiều dài chuỗi của chúng, giúp tăng cường độ bền tổng thể của vật liệu.
Tác giả chính Michael Strano, một kỹ sư hóa học của MIT cho biết: “Chúng dính vào nhau như Velcro”. Tác giả chính Michael Strano, một kỹ sư hóa học của MIT cho biết. Việc xé rách vật liệu không chỉ đòi hỏi phải phá vỡ các chuỗi phân tử riêng lẻ mà còn phải vượt qua các liên kết hydro liên phân tử khổng lồ thấm vào toàn bộ bó polymer.
Ngoài ra, các polyme mới có thể tự động hình thành các vảy. Điều này làm cho vật liệu dễ dàng xử lý vì nó có thể được chế tạo thành các màng mỏng hoặc được sử dụng làm lớp phủ bề mặt màng mỏng. Các polyme truyền thống có xu hướng phát triển dưới dạng chuỗi tuyến tính hoặc phân nhánh nhiều lần và liên kết theo ba chiều, bất kể hướng nào. Nhưng các polyme của Strano phát triển theo cách độc đáo ở dạng 2D để tạo thành các tấm nano.
“Bạn có thể tổng hợp lại trên một tờ giấy được không? Hóa ra, trong hầu hết các trường hợp, bạn không thể làm được điều đó cho đến khi chúng tôi làm việc,” Strano nói. “Vì vậy, chúng tôi đã tìm ra một cơ chế mới.” Trong nghiên cứu gần đây, nhóm của ông đã vượt qua trở ngại để có thể thực hiện được phép tổng hợp hai chiều này.
Lý do polyaramide có cấu trúc phẳng là do quá trình tổng hợp polymer bao gồm một cơ chế gọi là tạo khuôn xúc tác tự động: khi polyme kéo dài và dính vào các khối xây dựng monome, mạng lưới polymer đang phát triển khiến các monome tiếp theo chỉ kết hợp theo đúng hướng để tăng cường sự liên kết của các monome. cấu trúc hai chiều. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng họ có thể dễ dàng phủ polyme trong dung dịch lên các tấm bán dẫn để tạo ra các tấm mỏng có bề rộng một inch, dày chưa đến 4 nanomet. Độ dày này gần bằng một phần triệu độ dày của giấy văn phòng thông thường.
Để định lượng các tính chất cơ học của vật liệu polyme, các nhà nghiên cứu đã đo lực cần thiết để chọc các lỗ trên một tấm vật liệu lơ lửng bằng một cây kim nhỏ. Loại polyamit này thực sự cứng hơn các loại polyme truyền thống như nylon, loại vải dùng để làm dù. Đáng chú ý, Phải cần lực gấp đôi để tháo polyamit siêu bền này so với thép có cùng độ dày. Theo Strano, chất này có thể được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ trên bề mặt kim loại, chẳng hạn như tấm ốp ô tô hoặc làm bộ lọc để lọc nước. Ở chức năng thứ hai, màng lọc lý tưởng cần phải mỏng nhưng đủ chắc chắn để chịu được áp suất cao mà không rò rỉ các chất gây ô nhiễm nhỏ, gây phiền toái vào nguồn cung cấp cuối cùng của chúng tôi – một sự phù hợp hoàn hảo cho vật liệu polyamit này.
Trong tương lai, Strano hy vọng sẽ mở rộng phương pháp trùng hợp sang các loại polyme khác ngoài chất tương tự Kevlar này. Ông nói. “Các polyme ở xung quanh chúng ta,” ông nói. “Chúng làm được mọi thứ.” Ông cho biết thêm, hãy tưởng tượng biến nhiều loại polyme khác nhau, thậm chí cả những loại kỳ lạ có thể dẫn điện hoặc ánh sáng, thành các màng mỏng có thể bao phủ nhiều loại bề mặt khác nhau. Nhờ cơ chế mới này, có thể hiện nay các loại polyme khác có thể được sử dụng. Stano nói.
Strano cho biết, trong một thế giới được bao quanh bởi nhựa, xã hội có lý do để hào hứng với một loại polymer mới khác có đặc tính cơ học khác thường. Chất aramid này cực kỳ bền, có nghĩa là chúng ta có thể thay thế nhựa hàng ngày, từ sơn, túi xách đến bao bì thực phẩm, với ít vật liệu hơn và bền hơn. Strano nói thêm rằng từ quan điểm bền vững, loại polyme 2D siêu bền này là một bước đi đúng hướng nhằm giải phóng thế giới khỏi nhựa.
Shi En Kim (như cô thường được gọi là Kim) là một nhà văn khoa học tự do gốc Malaysia và là thực tập sinh biên tập của Popular Science Spring 2022. Cô đã viết rất nhiều về các chủ đề khác nhau, từ những cách sử dụng kỳ quặc của mạng nhện—con người hoặc chính những con nhện—cho đến những người thu gom rác ở ngoài không gian.
Tàu vũ trụ Starliner của Boeing vẫn chưa đến được Trạm vũ trụ quốc tế nhưng các chuyên gia rất lạc quan về chuyến bay thử nghiệm thứ ba.
Chúng tôi là người tham gia Chương trình liên kết của Amazon Services LLC, một chương trình quảng cáo liên kết được thiết kế nhằm cung cấp cho chúng tôi cách kiếm phí bằng cách liên kết với Amazon.com và các trang web liên kết. Việc đăng ký hoặc sử dụng trang web này đồng nghĩa với việc chấp nhận Điều khoản dịch vụ của chúng tôi.
Thời gian đăng: 19-05-2022