Навукоўцы стварылі пластык, эквівалентны сталі — трывалы, але не цяжкі. Пластык, які хімікі часам называюць палімерамі, — гэта клас доўгаланцуговых малекул, якія складаюцца з кароткіх паўтаральных адзінак, якія называюцца манамерамі. У адрозненне ад папярэдніх палімераў такой жа трываласці, новы матэрыял выпускаецца толькі ў мембраннай форме. Ён таксама ў 50 разоў больш герметычны, чым самы непранікальны пластык на рынку. Яшчэ адзін прыкметны аспект гэтага палімера — яго прастата сінтэзу. Працэс, які адбываецца пры пакаёвай тэмпературы, патрабуе толькі танных матэрыялаў, і палімер можа вырабляцца масава ў вялікіх лістах таўшчынёй усяго нанаметраў. Даследчыкі паведамляюць пра свае высновы 2 лютага ў часопісе Nature.
Разгляданы матэрыял называецца поліамідам і ўяўляе сабой ніткападобную сетку амідных малекулярных адзінак (аміды — гэта хімічныя групы азоту, прымацаваныя да атамаў вугляроду, звязаных з кіслародам). Да такіх палімераў адносяцца кеўлар, валакно, якое выкарыстоўваецца для вырабу куленепрабівальных камізэлек, і номекс, вогнеўстойлівая тканіна. Як і кеўлар, малекулы поліаміду ў новым матэрыяле звязаны адна з адной вадароднымі сувязямі па ўсёй даўжыні сваіх ланцугоў, што павышае агульную трываласць матэрыялу.
«Яны склейваюцца, як ліпучкі», — сказаў вядучы аўтар даследавання Майкл Страно, інжынер-хімік з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута. Разрыў матэрыялаў патрабуе не толькі разрыву асобных малекулярных ланцугоў, але і пераадолення гіганцкіх міжмалекулярных вадародных сувязей, якія пранізваюць увесь палімерны пучок.
Акрамя таго, новыя палімеры могуць аўтаматычна ўтвараць лускавінкі. Гэта робіць матэрыял лёгкім у апрацоўцы, бо яго можна ператвараць у тонкія плёнкі або выкарыстоўваць у якасці павярхоўнага пакрыцця для тонкай плёнкі. Традыцыйныя палімеры, як правіла, растуць у выглядзе лінейных ланцугоў або шматразова галінуюцца і злучаюцца ў трох вымярэннях, незалежна ад арыентацыі. Але палімеры Страно растуць унікальным чынам у 2D, утвараючы наналісты.
«Ці можна агрэгаваць дадзеныя на аркушы паперы? Аказваецца, што ў большасці выпадкаў гэта немагчыма зрабіць, пакуль мы не правядзём працу», — сказаў Страно. «Такім чынам, мы знайшлі новы механізм». У гэтай нядаўняй працы яго каманда пераадолела перашкоду, каб зрабіць магчымай гэтую двухмерную агрэгацыю.
Прычына планарнай структуры поліарамідаў заключаецца ў тым, што сінтэз палімераў уключае механізм, які называецца аўтакаталітычным шаблонізацыяй: па меры таго, як палімер падаўжаецца і прыліпае да манамерных будаўнічых блокаў, расце палімерная сетка прымушае наступныя монамеры аб'ядноўвацца толькі ў правільным кірунку, каб умацаваць аб'яднанне двухмернай структуры. Даследчыкі паказалі, што яны могуць лёгка наносіць палімер у растворы на пласціны, каб ствараць ламінаты шырынёй у цалю і таўшчынёй менш за 4 нанаметры. Гэта амаль мільённая частка таўшчыні звычайнай офіснай паперы.
Каб колькасна ацаніць механічныя ўласцівасці палімернага матэрыялу, даследчыкі вымералі сілу, неабходную для праколвання адтулін у падвешаным лісце матэрыялу тонкай іголкай. Гэты поліамід сапраўды больш жорсткі, чым традыцыйныя палімеры, такія як нейлон, тканіна, якая выкарыстоўваецца для вырабу парашутаў. Дзіўна, але для адкручвання гэтага звышмоцнага поліаміду патрабуецца ўдвая большая сіла, чым для адкручвання сталі такой жа таўшчыні. Паводле слоў Страно, рэчыва можа выкарыстоўвацца ў якасці ахоўнага пакрыцця на металічных паверхнях, такіх як аўтамабільны шпон, або ў якасці фільтра для ачысткі вады. У апошняй функцыі ідэальная фільтруючая мембрана павінна быць тонкай, але дастаткова трывалай, каб вытрымліваць высокі ціск без працёку дробных, непрыемных забруджванняў у нашу канчатковую пастаўку - ідэальна падыходзіць для гэтага поліаміднага матэрыялу.
У будучыні Страно спадзяецца пашырыць метад палімерызацыі на розныя палімеры, акрамя гэтага кеўларавага аналага. «Палімеры вакол нас», — сказаў ён. «Яны робяць усё». Уявіце сабе ператварэнне многіх розных відаў палімераў, нават экзатычных, якія могуць праводзіць электрычнасць або святло, у тонкія плёнкі, якія могуць пакрываць розныя паверхні, дадае ён. «Дзякуючы гэтаму новаму механізму, магчыма, цяпер можна будзе выкарыстоўваць і іншыя віды палімераў», — сказаў Стано.
У свеце, акружаным пластыкам, грамадства мае падставы для захаплення з нагоды яшчэ аднаго новага палімера, механічныя ўласцівасці якога зусім не звычайныя, сказаў Страно. Гэты арамід надзвычай трывалы, а гэта значыць, што мы можам замяніць паўсядзённыя пластыкі, ад фарбаў да пакетаў і харчовай упакоўкі, меншай колькасцю больш трывалых матэрыялаў. Страно дадаў, што з пункту гледжання ўстойлівага развіцця гэты звышмоцны 2D-палімер — крок у правільным кірунку да вызвалення свету ад пластыка.
Шы Эн Кім (як яе звычайна называюць Кім) — малайзійская пісьменніца-фрылансерка ў галіне навукі і стажорка рэдакцыі часопіса Popular Science вясна 2022 года. Яна шмат пісала на розныя тэмы — ад незвычайнага выкарыстання павуціння — людзьмі ці самімі павукамі — да зборшчыкаў смецця ў космасе.
Касмічны карабель Starliner кампаніі Boeing пакуль не дасягнуў Міжнароднай касмічнай станцыі, але эксперты з аптымізмам чакаюць трэцяга выпрабавальнага палёту.
Мы з'яўляемся ўдзельнікам праграмы Amazon Services LLC Associates Program, партнёрскай рэкламнай праграмы, прызначанай для таго, каб даць нам магчымасць зарабляць камісійныя, размяшчаючы спасылкі на Amazon.com і афіляваныя сайты. Рэгістрацыя або выкарыстанне гэтага сайта азначае згоду з нашымі Умовамі абслугоўвання.
Час публікацыі: 19 мая 2022 г.