Uns científics han creat un plàstic equivalent a l'acer: resistent però no pesat. Els plàstics, que els químics de vegades anomenen polímers, són una classe de molècules de cadena llarga formades per unitats curtes i repetitives anomenades monòmers. A diferència dels polímers anteriors de la mateixa resistència, el nou material només es presenta en forma de membrana. També és 50 vegades més hermètic que el plàstic més impermeable del mercat. Un altre aspecte notable d'aquest polímer és la seva simplicitat de síntesi. El procés, que té lloc a temperatura ambient, només requereix materials barats, i el polímer es pot produir en massa en làmines grans que només tenen nanòmetres de gruix. Els investigadors publiquen les seves troballes el 2 de febrer a la revista Nature.
El material en qüestió s'anomena poliamida, una xarxa roscada d'unitats moleculars d'amida (les amides són grups químics de nitrogen units a àtoms de carboni units per oxigen). Aquests polímers inclouen el Kevlar, una fibra que s'utilitza per fabricar armilles antibales, i el Nomex, un teixit resistent al foc. Igual que el Kevlar, les molècules de poliamida del nou material estan unides entre si per enllaços d'hidrogen al llarg de tota la longitud de les seves cadenes, cosa que millora la resistència general del material.
«S'enganxen com el velcro», va dir l'autor principal Michael Strano, un enginyer químic del MIT. Esquinçar materials no només requereix trencar cadenes moleculars individuals, sinó també superar els enllaços d'hidrogen intermoleculars gegants que impregnen tot el conjunt de polímers.
A més, els nous polímers poden formar flocs automàticament. Això fa que el material sigui fàcil de processar, ja que es pot convertir en pel·lícules primes o utilitzar-se com a recobriment superficial de pel·lícula fina. Els polímers tradicionals tendeixen a créixer com a cadenes lineals o a ramificar-se i enllaçar-se repetidament en tres dimensions, independentment de l'orientació. Però els polímers de Strano creixen d'una manera única en 2D per formar nanocapes.
«Es pot agregar en un tros de paper? Resulta que, en la majoria dels casos, no es pot fer fins que no s'hagi fet la nostra feina», va dir Strano. «Així doncs, hem trobat un nou mecanisme». En aquest treball recent, el seu equip va superar un obstacle per fer possible aquesta agregació bidimensional.
La raó per la qual les poliaramides tenen una estructura planar és que la síntesi de polímers implica un mecanisme anomenat autocatalític templating: a mesura que el polímer s'allarga i s'adhereix als blocs de construcció del monòmer, la creixent xarxa de polímers indueix els monòmers posteriors a combinar-se només en la direcció correcta per enfortir la unió de l'estructura bidimensional. Els investigadors van demostrar que podien recobrir fàcilment el polímer en solució sobre oblies per crear laminats d'una polzada d'amplada i de menys de 4 nanòmetres de gruix. Això és gairebé una milionèsima part del gruix del paper d'oficina normal.
Per quantificar les propietats mecàniques del material polimèric, els investigadors van mesurar la força necessària per fer forats en una làmina de material suspesa amb una agulla fina. Aquesta poliamida és, de fet, més rígida que els polímers tradicionals com el niló, el teixit que s'utilitza per fabricar paracaigudes. Sorprenentment, es necessita el doble de força per desenroscar aquesta poliamida superforta que l'acer del mateix gruix. Segons Strano, la substància es pot utilitzar com a recobriment protector en superfícies metàl·liques, com ara xapes de cotxes, o com a filtre per purificar aigua. En aquesta última funció, la membrana filtrant ideal ha de ser prima però prou resistent per suportar altes pressions sense filtrar petits contaminants molestos al nostre subministrament final, un ajust perfecte per a aquest material de poliamida.
En el futur, Strano espera estendre el mètode de polimerització a diferents polímers més enllà d'aquest anàleg de Kevlar. "Els polímers són per tot arreu", va dir. "Ho fan tot". Imagineu-vos convertir molts tipus diferents de polímers, fins i tot exòtics que poden conduir l'electricitat o la llum, en pel·lícules primes que poden cobrir una varietat de superfícies, afegeix. "Gràcies a aquest nou mecanisme, potser ara es poden utilitzar altres tipus de polímers", va dir Stano.
En un món envoltat de plàstics, la societat té motius per estar entusiasmada amb un altre nou polímer les propietats mecàniques del qual són de tot menys ordinàries, va dir Strano. Aquesta aramida és extremadament resistent, cosa que significa que podem substituir els plàstics quotidians, des de pintures fins a bosses i envasos d'aliments, per materials menys resistents. Strano va afegir que, des del punt de vista de la sostenibilitat, aquest polímer 2D súper resistent és un pas en la direcció correcta per alliberar el món del plàstic.
Shi En Kim (com se l'anomena habitualment Kim) és una escriptora científica independent nascuda a Malàisia i becària editorial de Popular Science Spring 2022. Ha escrit extensament sobre temes que van des dels usos peculiars de les teranyines —humans o les mateixes aranyes— fins als recol·lectors d'escombraries a l'espai exterior.
La nau espacial Starliner de Boeing encara no ha arribat a l'Estació Espacial Internacional, però els experts són optimistes sobre un tercer vol de prova.
Participem en el programa d'associats d'Amazon Services LLC, un programa de publicitat d'afiliació dissenyat per proporcionar-nos una manera de guanyar comissions enllaçant a Amazon.com i llocs web afiliats. Registrar-se o utilitzar aquest lloc web constitueix l'acceptació de les nostres Condicions del servei.
Data de publicació: 19 de maig de 2022