Учени са създали пластмаса, еквивалентна на стоманата - здрава, но не тежка. Пластмасите, които химиците понякога наричат полимери, са клас дълговерижни молекули, съставени от къси повтарящи се единици, наречени мономери. За разлика от предишни полимери със същата здравина, новият материал се предлага само в мембранна форма. Той е и 50 пъти по-херметичен от най-непропускливата пластмаса на пазара. Друг забележителен аспект на този полимер е простотата на синтеза му. Процесът, който протича при стайна температура, изисква само евтини материали и полимерът може да се произвежда масово в големи листове с дебелина само нанометри. Изследователите съобщават за своите открития на 2 февруари в списание Nature.
Въпросният материал се нарича полиамид, нишковидна мрежа от амидни молекулни единици (амидите са азотни химични групи, прикрепени към кислородно-свързани въглеродни атоми). Такива полимери включват кевлар, влакно, използвано за направата на бронежилетки, и номекс, огнеупорна тъкан. Подобно на кевлара, полиамидните молекули в новия материал са свързани помежду си чрез водородни връзки по цялата дължина на веригите им, което повишава общата здравина на материала.
„Те се залепват като велкро“, каза водещият автор Майкъл Страно, химически инженер от MIT. Разкъсването на материали изисква не само разкъсване на отделни молекулярни вериги, но и преодоляване на гигантските междумолекулни водородни връзки, които проникват в целия полимерен сноп.
Освен това, новите полимери могат автоматично да образуват люспи. Това прави материала лесен за обработка, тъй като може да се направи на тънки филми или да се използва като тънкослойно повърхностно покритие. Традиционните полимери са склонни да растат като линейни вериги или многократно да се разклоняват и свързват в три измерения, независимо от ориентацията си. Но полимерите на Страно растат по уникален начин в 2D, за да образуват нанолистове.
„Можете ли да агрегирате на лист хартия? Оказва се, че в повечето случаи не можете да го направите, докато не приключим с нашата работа“, каза Страно. „И така, открихме нов механизъм.“ В тази скорошна работа екипът му преодоля препятствие, за да направи възможно това двуизмерно агрегиране.
Причината полиарамидите да имат планарна структура е, че синтезът на полимери включва механизъм, наречен автокаталитично шаблониране: докато полимерът се удължава и залепва към мономерните градивни елементи, нарастващата полимерна мрежа кара следващите мономери да се комбинират само в правилната посока, за да заздравят съединението на двуизмерната структура. Изследователите демонстрираха, че лесно могат да покрият полимера в разтвор върху пластини, за да създадат ламинати с ширина до инч и дебелина под 4 нанометра. Това е почти една милионна част от дебелината на обикновената офис хартия.
За да определят количествено механичните свойства на полимерния материал, изследователите измериха силата, необходима за пробиване на дупки в окачен лист материал с фина игла. Този полиамид наистина е по-твърд от традиционните полимери като найлона, тъканта, използвана за направата на парашути. Забележително е, че е необходима два пъти повече сила, за да се развие този свръхздрав полиамид, отколкото стоманата със същата дебелина. Според Страно, веществото може да се използва като защитно покритие върху метални повърхности, като например автомобилни фурнири, или като филтър за пречистване на вода. В последната функция идеалната филтърна мембрана трябва да бъде тънка, но достатъчно здрава, за да издържи на високо налягане, без да пропуска малки, неприятни замърсители в крайния ни източник – идеално решение за този полиамиден материал.
В бъдеще Страно се надява да разшири метода на полимеризация до различни полимери отвъд този кевларов аналог. „Полимерите са навсякъде около нас“, каза той. „Те правят всичко.“ Представете си да превърнете много различни видове полимери, дори екзотични, които могат да провеждат електричество или светлина, в тънки филми, които могат да покриват различни повърхности, добавя той. „Благодарение на този нов механизъм може би сега могат да се използват и други видове полимери“, каза Стано.
В свят, заобиколен от пластмаси, обществото има причина да се вълнува от друг нов полимер, чиито механични свойства са всичко друго, но не и обикновени, каза Страно. Този арамид е изключително издръжлив, което означава, че можем да заменим ежедневните пластмаси, от бои до торбички и опаковки за храни, с по-малко количество и по-здрави материали. Страно добави, че от гледна точка на устойчивостта, този свръхздрав 2D полимер е стъпка в правилната посока за освобождаване на света от пластмаса.
Ши Ен Ким (както обикновено я наричат Ким) е родена в Малайзия писателка на свободна практика в областта на науката и стажант-редактор в „Популярна наука“ за пролетта на 2022 г. Тя е писала много по теми, вариращи от странните приложения на паяжините – от хората или самите паяци – до събирачите на боклук в космоса.
Космическият кораб Starliner на Boeing все още не е достигнал Международната космическа станция, но експертите са оптимисти за трети тестов полет.
Ние сме участник в Amazon Services LLC Associates Program, партньорска рекламна програма, предназначена да ни осигури начин за печелене на такси чрез свързване към Amazon.com и свързани сайтове. Регистрацията или използването на този сайт представлява приемане на нашите Условия за ползване.
Време на публикуване: 19 май 2022 г.