Mae gwyddonwyr wedi creu plastig sy'n cyfateb i ddur - cryf ond nid yn drwm. Mae plastigau, y mae cemegwyr weithiau'n eu galw'n bolymerau, yn ddosbarth o foleciwlau cadwyn hir sy'n cynnwys unedau ailadroddus byr o'r enw monomerau. Yn wahanol i bolymerau blaenorol o'r un cryfder, dim ond ar ffurf pilen y mae'r deunydd newydd ar gael. Mae hefyd 50 gwaith yn fwy aerglos na'r plastig mwyaf anhydraidd ar y farchnad. Agwedd nodedig arall ar y polymer hwn yw ei symlrwydd synthesis. Dim ond deunyddiau rhad sydd eu hangen ar gyfer y broses, sy'n digwydd ar dymheredd ystafell, a gellir cynhyrchu'r polymer yn raddol mewn dalennau mawr sydd ond yn nanometrau o drwch. Mae'r ymchwilwyr yn adrodd ar eu canfyddiadau ar Chwefror 2 yn y cyfnodolyn Nature.
Gelwir y deunydd dan sylw yn polyamid, rhwydwaith edafeddog o unedau moleciwlaidd amid (amidau yw grwpiau cemegol nitrogen sydd ynghlwm wrth atomau carbon sy'n gysylltiedig ag ocsigen). Mae polymerau o'r fath yn cynnwys Kevlar, ffibr a ddefnyddir i wneud festiau gwrth-fwled, a Nomex, ffabrig sy'n gwrthsefyll tân. Fel Kevlar, mae'r moleciwlau polyamid yn y deunydd newydd wedi'u cysylltu â'i gilydd gan fondiau hydrogen ar hyd hyd cyfan eu cadwyni, sy'n gwella cryfder cyffredinol y deunydd.
“Maen nhw’n glynu at ei gilydd fel Velcro,” meddai’r prif awdur Michael Strano, peiriannydd cemegol yn MIT. Mae rhwygo deunyddiau nid yn unig yn gofyn am dorri cadwyni moleciwlaidd unigol, ond hefyd goresgyn y bondiau hydrogen rhyngfoleciwlaidd enfawr sy’n treiddio’r bwndel polymer cyfan.
Yn ogystal, gall y polymerau newydd ffurfio naddion yn awtomatig. Mae hyn yn gwneud y deunydd yn hawdd i'w brosesu, gan y gellir ei wneud yn ffilmiau tenau neu ei ddefnyddio fel haen arwyneb ffilm denau. Mae polymerau traddodiadol yn tueddu i dyfu fel cadwyni llinol, neu'n canghennu a chysylltu dro ar ôl tro mewn tri dimensiwn, waeth beth fo'u cyfeiriadedd. Ond mae polymerau Strano yn tyfu mewn ffordd unigryw mewn 2D i ffurfio nanosheetiau.
“Allwch chi agregu ar ddarn o bapur? Mae'n ymddangos, yn y rhan fwyaf o achosion, na allwch chi wneud hynny tan ein gwaith ni,” meddai Strano. “Felly, fe wnaethon ni ddod o hyd i fecanwaith newydd.” Yn y gwaith diweddar hwn, goresgynnodd ei dîm rwystr i wneud yr agregu dau ddimensiwn hwn yn bosibl.
Y rheswm pam mae gan bolyaramidau strwythur planar yw bod synthesis polymer yn cynnwys mecanwaith o'r enw templedi awtogatalytig: wrth i'r polymer ymestyn a glynu wrth y blociau adeiladu monomer, mae'r rhwydwaith polymer sy'n tyfu yn achosi i monomerau dilynol gyfuno i'r cyfeiriad cywir yn unig i gryfhau undeb y strwythur dau ddimensiwn. Dangosodd yr ymchwilwyr y gallent orchuddio'r polymer mewn toddiant yn hawdd ar wafferi i greu laminadau modfedd o led sy'n llai na 4 nanometr o drwch. Mae hynny bron yn filiwnfed o drwch papur swyddfa rheolaidd.
I fesur priodweddau mecanyddol y deunydd polymer, mesurodd yr ymchwilwyr y grym sydd ei angen i dyllu tyllau mewn dalen grog o ddeunydd gyda nodwydd denau. Mae'r polyamid hwn yn wir yn fwy anhyblyg na pholymerau traddodiadol fel neilon, y ffabrig a ddefnyddir i wneud parasiwtiau. Yn rhyfeddol, mae'n cymryd dwywaith cymaint o rym i ddadsgriwio'r polyamid cryf iawn hwn â dur o'r un trwch. Yn ôl Strano, gellir defnyddio'r sylwedd fel haen amddiffynnol ar arwynebau metel, fel finerau ceir, neu fel hidlydd i buro dŵr. Yn yr olaf o'r swyddogaethau, mae angen i'r bilen hidlo ddelfrydol fod yn denau ond yn ddigon cryf i wrthsefyll pwysau uchel heb ollwng halogion bach, niwsans i'n cyflenwad terfynol - ffit perffaith ar gyfer y deunydd polyamid hwn.
Yn y dyfodol, mae Strano yn gobeithio ymestyn y dull polymerization i wahanol bolymerau y tu hwnt i'r analog Kevlar hwn. "Mae polymerau o'n cwmpas ni i gyd," meddai. "Maen nhw'n gwneud popeth." Dychmygwch droi llawer o wahanol fathau o bolymerau, hyd yn oed rhai egsotig a all ddargludo trydan neu olau, yn ffilmiau tenau a all orchuddio amrywiaeth o arwynebau, ychwanega. "Oherwydd y mecanwaith newydd hwn, efallai y gellir defnyddio mathau eraill o bolymerau nawr," meddai Stano.
Mewn byd sydd wedi'i amgylchynu gan blastigau, mae gan gymdeithas reswm i fod yn gyffrous am bolymer newydd arall y mae ei briodweddau mecanyddol ymhell o fod yn gyffredin, meddai Strano. Mae'r aramid hwn yn hynod o wydn, sy'n golygu y gallwn ddisodli plastigau bob dydd, o baent i fagiau i becynnu bwyd, gyda llai o ddeunyddiau a deunyddiau cryfach. Ychwanegodd Strano, o safbwynt cynaliadwyedd, fod y polymer 2D hynod gryf hwn yn gam i'r cyfeiriad cywir i ryddhau'r byd o blastig.
Mae Shi En Kim (fel y'i gelwir fel arfer yn Kim) yn awdur gwyddoniaeth llawrydd a aned ym Malaysia ac yn intern golygyddol Gwyddoniaeth Boblogaidd Gwanwyn 2022. Mae hi wedi ysgrifennu'n helaeth ar bynciau sy'n amrywio o ddefnyddiau rhyfedd gweoedd pry cop—bodau dynol neu'r pryfed cop eu hunain—i gasglwyr sbwriel yn y gofod allanol.
Nid yw llong ofod Starliner Boeing wedi cyrraedd yr Orsaf Ofod Ryngwladol eto, ond mae arbenigwyr yn optimistaidd ynghylch trydydd hediad prawf.
Rydym yn gyfranogwr yn Rhaglen Partneriaid Amazon Services LLC, rhaglen hysbysebu gysylltiedig a gynlluniwyd i ddarparu ffordd i ni ennill ffioedd trwy gysylltu ag Amazon.com a safleoedd cysylltiedig. Mae cofrestru neu ddefnyddio'r wefan hon yn golygu eich bod yn derbyn ein Telerau Gwasanaeth.
Amser postio: Mai-19-2022