Wetenskaplikes het plastiek gelykstaande aan staal geskep – sterk maar nie swaar nie. Plastiek, wat chemici soms polimere noem, is 'n klas langkettingmolekules wat bestaan uit kort herhalende eenhede wat monomere genoem word. Anders as vorige polimere van dieselfde sterkte, kom die nuwe materiaal slegs in membraanvorm. Dit is ook 50 keer meer lugdig as die mees ondeurdringbare plastiek op die mark. Nog 'n noemenswaardige aspek van hierdie polimeer is die eenvoud van sintese. Die proses, wat by kamertemperatuur plaasvind, vereis slegs goedkoop materiale, en die polimeer kan massa-geproduseer word in groot velle wat slegs nanometer dik is. Die navorsers rapporteer hul bevindinge op 2 Februarie in die tydskrif Nature.
Die betrokke materiaal word 'n poliamied genoem, 'n draadnetwerk van amiedmolekulêre eenhede (amiede is stikstofchemiese groepe wat aan suurstofgebonde koolstofatome geheg is). Sulke polimere sluit in Kevlar, 'n vesel wat gebruik word om koeëlvaste baadjies te maak, en Nomex, 'n brandbestande materiaal. Soos Kevlar, is die poliamiedmolekules in die nuwe materiaal aan mekaar gekoppel deur waterstofbindings langs die hele lengte van hul kettings, wat die algehele sterkte van die materiaal verhoog.
“Hulle kleef aan mekaar soos klittenband,” het hoofskrywer Michael Strano, ’n chemiese ingenieur by MIT, gesê. Om materiale te skeur, vereis nie net die breek van individuele molekulêre kettings nie, maar ook die oorkoming van die reuse intermolekulêre waterstofbindings wat die hele polimeerbundel deurdring.
Daarbenewens kan die nuwe polimere outomaties vlokkies vorm. Dit maak die materiaal maklik om te verwerk, aangesien dit in dun films gemaak kan word of as 'n dunfilm-oppervlaklaag gebruik kan word. Tradisionele polimere is geneig om as lineêre kettings te groei, of herhaaldelik te vertak en te skakel in drie dimensies, ongeag die oriëntasie. Maar Strano se polimere groei op 'n unieke manier in 2D om nanoplate te vorm.
“Kan jy op 'n stuk papier aggregeer? Dit blyk dat jy dit in die meeste gevalle nie kan doen tot ons werk nie,” het Strano gesê. “So, ons het 'n nuwe meganisme gevind.” In hierdie onlangse werk het sy span 'n hindernis oorkom om hierdie tweedimensionele aggregasie moontlik te maak.
Die rede waarom poliaramides 'n planêre struktuur het, is dat polimeersintese 'n meganisme genaamd outokatalitiese templates behels: soos die polimeer verleng en aan die monomeerboustene vassit, veroorsaak die groeiende polimeernetwerk dat daaropvolgende monomere slegs in die regte rigting kombineer om die vereniging van die tweedimensionele struktuur te versterk. Die navorsers het gedemonstreer dat hulle die polimeer maklik in oplossing op wafers kon bedek om duim-wye laminate van minder as 4 nanometer dik te skep. Dit is amper een miljoenste van die dikte van gewone kantoorpapier.
Om die meganiese eienskappe van die polimeermateriaal te kwantifiseer, het die navorsers die krag gemeet wat nodig is om gate in 'n hangende materiaalplaat met 'n fyn naald te steek. Hierdie poliamied is inderdaad stywer as tradisionele polimere soos nylon, die materiaal wat gebruik word om valskerms te maak. Merkwaardig genoeg neem dit twee keer soveel krag om hierdie supersterk poliamied los te skroef as staal van dieselfde dikte. Volgens Strano kan die stof gebruik word as 'n beskermende laag op metaaloppervlakke, soos motorfineer, of as 'n filter om water te suiwer. In laasgenoemde funksie moet die ideale filtermembraan dun wees, maar sterk genoeg om hoë druk te weerstaan sonder om klein, onaangename besoedelingstowwe in ons finale voorraad te lek – 'n perfekte pasmaat vir hierdie poliamiedmateriaal.
In die toekoms hoop Strano om die polimerisasiemetode uit te brei na verskillende polimere benewens hierdie Kevlar-analoog. "Polimere is oral om ons," het hy gesê. "Hulle doen alles." Stel jou voor dat jy baie verskillende soorte polimere, selfs eksotiese polimere wat elektrisiteit of lig kan gelei, in dun films omskep wat 'n verskeidenheid oppervlaktes kan bedek, voeg hy by. "As gevolg van hierdie nuwe meganisme kan ander soorte polimere nou dalk gebruik word," het Stano gesê.
In 'n wêreld omring deur plastiek, het die samelewing rede om opgewonde te wees oor nog 'n nuwe polimeer waarvan die meganiese eienskappe alles behalwe gewoon is, het Strano gesê. Hierdie aramied is uiters duursaam, wat beteken dat ons alledaagse plastiek, van verf tot sakke tot voedselverpakking, met minder en sterker materiale kan vervang. Strano het bygevoeg dat vanuit 'n volhoubaarheidsoogpunt hierdie supersterk 2D-polimeer 'n stap in die regte rigting is om die wêreld van plastiek te bevry.
Shi En Kim (soos sy gewoonlik Kim genoem word) is 'n Maleisies-gebore vryskutwetenskapskrywer en redaksionele intern vir Populêre Wetenskap Lente 2022. Sy het breedvoerig geskryf oor onderwerpe wat wissel van die eienaardige gebruike van spinnerakke – mense of die spinnekoppe self – tot vullisverwyderaars in die buitenste ruimte.
Boeing se Starliner-ruimtetuig moet nog die Internasionale Ruimtestasie bereik, maar kenners is optimisties oor 'n derde toetsvlug.
Ons neem deel aan die Amazon Services LLC Associates-program, 'n geaffilieerde advertensieprogram wat ontwerp is om ons 'n manier te bied om fooie te verdien deur te skakel na Amazon.com en geaffilieerde webwerwe. Registrasie of gebruik van hierdie webwerf beteken aanvaarding van ons Diensbepalings.
Plasingstyd: 19 Mei 2022