Forskere har laget plast som tilsvarer stål - sterk, men ikke tung. Plast, som kjemikere noen ganger kaller polymerer, er en klasse av langkjedede molekyler som består av korte repeterende enheter kalt monomerer. I motsetning til tidligere polymerer med samme styrke, er det nye materialet bare kommer i membranform. Den er også 50 ganger mer lufttett enn den mest ugjennomtrengelige plasten på markedet. Et annet bemerkelsesverdig aspekt ved denne polymeren er dens enkle syntese. Prosessen, som foregår ved romtemperatur, krever kun billige materialer, og polymer kan masseproduseres i store ark som bare er nanometer tykke. Forskerne rapporterer sine funn 2. februar i tidsskriftet Nature.
Det aktuelle materialet kalles et polyamid, et gjenget nettverk av amidmolekylære enheter (amider er nitrogenkjemiske grupper knyttet til oksygenbundne karbonatomer). Slike polymerer inkluderer Kevlar, en fiber som brukes til å lage skuddsikre vester, og Nomex, en brann- motstandsdyktig stoff. I likhet med Kevlar er polyamidmolekylene i det nye materialet knyttet til hverandre ved hjelp av hydrogenbindinger langs hele lengden av kjedene, noe som øker materialets generelle styrke.
"De holder sammen som borrelås," sa hovedforfatter Michael Strano, en kjemisk ingeniør ved MIT. Å rive materialer krever ikke bare å bryte individuelle molekylkjeder, men også overvinne de gigantiske intermolekylære hydrogenbindingene som gjennomsyrer hele polymerbunten.
I tillegg kan de nye polymerene automatisk danne flak. Dette gjør materialet enkelt å bearbeide, da det kan lages til tynne filmer eller brukes som et overflatebelegg med tynn film. Tradisjonelle polymerer har en tendens til å vokse som lineære kjeder, eller gjentatte ganger forgrene seg og link i tre dimensjoner, uavhengig av orientering. Men Stranos polymerer vokser på en unik måte i 2D for å danne nanoark.
"Kan du samle på et stykke papir?Det viser seg at du i de fleste tilfeller ikke kan gjøre det før arbeidet vårt,” sa Strano. ”Så vi fant en ny mekanisme.”I dette nylige arbeidet overvant teamet hans et hinder for å gjøre denne todimensjonale aggregeringen mulig.
Grunnen til at polyaramider har en plan struktur er at polymersyntese involverer en mekanisme som kalles autokatalytisk maling: ettersom polymeren forlenges og fester seg til monomer-byggesteinene, induserer det voksende polymernettverket at påfølgende monomerer bare kombineres i riktig retning for å styrke foreningen av todimensjonal struktur. Forskerne demonstrerte at de enkelt kunne belegge polymeren i løsning på wafere for å lage tomme brede laminater som er mindre enn 4 nanometer tykke. Det er nesten en milliondel av tykkelsen til vanlig kontorpapir.
For å kvantifisere de mekaniske egenskapene til polymermaterialet, målte forskerne kraften som kreves for å stikke hull i et suspendert ark av materiale med en fin nål. Dette polyamidet er faktisk stivere enn tradisjonelle polymerer som nylon, stoffet som brukes til å lage fallskjermer. det krever dobbelt så mye kraft å skru av dette supersterke polyamidet som stål i samme tykkelse. I følge Strano kan stoffet brukes som et beskyttende belegg på metalloverflater, som bilfinér, eller som et filter for å rense vann. I sistnevnte funksjon må den ideelle filtermembranen være tynn, men sterk nok til å tåle høye trykk uten å lekke små, plagsomme forurensninger inn i vår endelige forsyning – en perfekt passform for dette polyamidmaterialet.
I fremtiden håper Strano å utvide polymeriseringsmetoden til forskjellige polymerer utover denne Kevlar-analogen." Polymerer er rundt oss," sa han. "De gjør alt."Tenk deg å gjøre mange forskjellige typer polymerer, til og med eksotiske som kan lede elektrisitet eller lys, til tynne filmer som kan dekke en rekke overflater, legger han til."På grunn av denne nye mekanismen kan kanskje andre typer polymerer nå brukes." sa Stano.
I en verden omgitt av plast, har samfunnet grunn til å være begeistret for nok en ny polymer hvis mekaniske egenskaper er alt annet enn vanlige, sa Strano. Denne aramiden er ekstremt slitesterk, noe som betyr at vi kan erstatte vanlig plast, fra maling til poser til matemballasje. med færre og sterkere materialer.Strano la til at fra et bærekraftssynspunkt er denne supersterke 2D-polymeren et skritt i riktig retning for å frigjøre verden fra plast.
Shi En Kim (som hun vanligvis kalles Kim) er en malaysisk-født frilans vitenskapsskribent og Popular Science Spring 2022 redaksjonell praktikant. Hun har skrevet mye om emner som spenner fra den sære bruken av spindelvev – mennesker eller edderkoppene selv – til søppelsamlere i verdensrommet.
Boeings Starliner-romfartøy har ennå ikke nådd den internasjonale romstasjonen, men eksperter er optimistiske med tanke på en tredje testflyvning.
Vi deltar i Amazon Services LLC Associates-programmet, et tilknyttet reklameprogram designet for å gi oss en måte å tjene avgifter på ved å koble til Amazon.com og tilknyttede nettsteder. Registrering eller bruk av dette nettstedet innebærer aksept av våre vilkår for bruk.
Innleggstid: 19. mai 2022