Teadlased on loonud terasega ekvivalendi plastiku – tugeva, kuid mitte raske. Plastid, mida keemikud mõnikord polümeerideks nimetavad, on pika ahelaga molekulide klass, mis koosneb lühikestest korduvatest ühikutest, mida nimetatakse monomeerideks. Erinevalt varasematest sama tugevusega polümeeridest on uus materjal saadaval ainult membraani kujul. See on ka 50 korda õhutihedam kui turul olev kõige mitteläbilaskvam plastik. Selle polümeeri teine märkimisväärne aspekt on sünteesi lihtsus. Toatemperatuuril toimuv protsess nõuab ainult odavaid materjale ja polümeeri saab masstootmise teel toota suurte lehtedena, mis on vaid nanomeetri paksused. Teadlased avaldavad oma leiud 2. veebruaril ajakirjas Nature.
Kõnealust materjali nimetatakse polüamiidiks, mis on amiidmolekulaarsete ühikute keermestatud võrgustik (amiidid on lämmastiku keemilised rühmad, mis on kinnitunud hapnikuga seotud süsinikuaatomitele). Selliste polümeeride hulka kuuluvad Kevlar, kuulivestide valmistamiseks kasutatav kiud, ja Nomex, tulekindel kangas. Sarnaselt Kevlariga on uue materjali polüamiidmolekulid omavahel ühendatud vesiniksidemetega kogu oma ahelate pikkuses, mis suurendab materjali üldist tugevust.
„Need kleepuvad kokku nagu takjapael,“ ütles juhtiv autor Michael Strano, MIT keemiainsener. Materjalide rebimine nõuab mitte ainult üksikute molekulaarsete ahelate purustamist, vaid ka hiiglaslike molekulidevaheliste vesiniksidemete ületamist, mis läbivad kogu polümeerkimpu.
Lisaks suudavad uued polümeerid automaatselt helbeid moodustada. See muudab materjali töötlemise lihtsaks, kuna seda saab valmistada õhukesteks kiledeks või kasutada õhukese kilega pinnakattena. Traditsioonilised polümeerid kipuvad kasvama lineaarsete ahelatena või hargnema ja ühenduma korduvalt kolmes dimensioonis, olenemata orientatsioonist. Kuid Strano polümeerid kasvavad ainulaadsel viisil kahemõõtmeliselt, moodustades nanoslehed.
„Kas paberile saab andmeid koondada? Selgub, et enamasti ei saa seda enne meie tööd teha,“ ütles Strano. „Seega leidsime uue mehhanismi.“ Selles hiljutises töös sai tema meeskond üle takistusest, mis võimaldas sellist kahemõõtmelist koondamise võimalust.
Polüaramiidide tasapinnalise struktuuri põhjus on see, et polümeeri süntees hõlmab mehhanismi, mida nimetatakse autokatalüütiliseks mallimiseks: kui polümeer pikeneb ja kleepub monomeeri ehitusplokkide külge, siis kasvav polümeervõrgustik kutsub esile järgnevate monomeeride ühinemise ainult õiges suunas, et tugevdada kahemõõtmelise struktuuri ühendust. Teadlased näitasid, et nad saavad polümeeri lahuses hõlpsalt vahvlitele kanda, et luua tolli laiuseid laminaate, mille paksus on alla 4 nanomeetri. See on peaaegu miljondik tavalise kontoripaberi paksusest.
Polümeermaterjali mehaaniliste omaduste kvantifitseerimiseks mõõtsid teadlased jõudu, mis on vajalik peene nõelaga riputatud materjalilehe aukude torkamiseks. See polüamiid on tõepoolest jäigem kui traditsioonilised polümeerid, näiteks nailon, langevarjude valmistamiseks kasutatav kangas. Tähelepanuväärne on see, et selle ülitugeva polüamiidi lahtikeeramiseks kulub kaks korda rohkem jõudu kui sama paksusega terase lahtikeeramiseks. Strano sõnul saab ainet kasutada kaitsekattena metallpindadel, näiteks autospoonidel, või filtrina vee puhastamiseks. Viimase funktsiooni puhul peab ideaalne filtrimembraan olema õhuke, kuid piisavalt tugev, et taluda kõrget rõhku ilma, et väikesed, ebameeldivad saasteained meie lõppvarustusse lekiksid – see polüamiidmaterjal sobib ideaalselt.
Tulevikus loodab Strano laiendada polümerisatsioonimeetodit ka teistele polümeeridele peale selle Kevlari analoogi. „Polümeere on kõikjal meie ümber,“ ütles ta. „Nad teevad kõike.“ Kujutage ette, et saate muuta palju erinevaid polümeere, isegi eksootilisi, mis juhivad elektrit või valgust, õhukesteks kiledeks, mis katavad mitmesuguseid pindu, lisab ta. „Selle uue mehhanismi tõttu saab nüüd kasutada ka teisi polümeere,“ ütles Stano.
Plastikust ümbritsetud maailmas on ühiskonnal põhjust olla põnevil järjekordse uue polümeeri üle, mille mehaanilised omadused on kõike muud kui tavalised, ütles Strano. See aramiid on äärmiselt vastupidav, mis tähendab, et saame igapäevaseid plaste, alates värvidest kuni kottide ja toidupakenditeni, asendada vähemate ja tugevamate materjalidega. Strano lisas, et jätkusuutlikkuse seisukohast on see ülitugev 2D polümeer samm õiges suunas, et vabastada maailm plastikust.
Shi En Kim (nagu teda tavaliselt Kimiks kutsutakse) on Malaisias sündinud vabakutseline teaduskirjanik ja populaarteadusliku ajakirja 2022. aasta kevadnumbri toimetuse praktikant. Ta on kirjutanud ulatuslikult teemadel, alates ämblikuvõrkude veidrast kasutamisest – inimeste või ämblike endi puhul – kuni prügivedajateni kosmoses.
Boeingi kosmoselaev Starliner pole veel Rahvusvahelisse Kosmosejaama jõudnud, kuid eksperdid on kolmanda katselennu suhtes optimistlikud.
Osaleme Amazon Services LLC partnerprogrammis, mis on sidusreklaami programm, mille eesmärk on pakkuda meile võimalust teenida tasusid Amazon.com-i ja sellega seotud saitidele linkimise kaudu. Selle saidi registreerimine või kasutamine tähendab meie teenusetingimustega nõustumist.
Postituse aeg: 19. mai 2022