دانشمندان پلاستیکی معادل فولاد ساخته‌اند - محکم اما نه سنگین. پلاستیک‌ها، که شیمی‌دانان گاهی اوقات آنها را پلیمر می‌نامند، دسته‌ای از مولکول‌های زنجیره بلند هستند که از واحدهای تکرارشونده کوتاه به نام مونومر تشکیل شده‌اند. برخلاف پلیمرهای قبلی با همان استحکام، این ماده جدید فقط به شکل غشا عرضه می‌شود. همچنین ۵۰ برابر نفوذناپذیرتر از نفوذناپذیرترین پلاستیک موجود در بازار است. یکی دیگر از جنبه‌های قابل توجه این پلیمر، سادگی سنتز آن است. این فرآیند که در دمای اتاق انجام می‌شود، فقط به مواد ارزان نیاز دارد و پلیمر را می‌توان به صورت انبوه در ورق‌های بزرگی که فقط نانومتر ضخامت دارند، تولید کرد. محققان یافته‌های خود را در ۲ فوریه در مجله Nature گزارش می‌دهند.
ماده مورد بحث پلی‌آمید نام دارد، شبکه‌ای رشته‌ای از واحدهای مولکولی آمید (آمیدها گروه‌های شیمیایی نیتروژن هستند که به اتم‌های کربن پیوند یافته با اکسیژن متصل شده‌اند). چنین پلیمرهایی شامل کولار، الیافی که برای ساخت جلیقه‌های ضد گلوله استفاده می‌شود، و نومکس، پارچه‌ای مقاوم در برابر آتش، هستند. مانند کولار، مولکول‌های پلی‌آمید در ماده جدید توسط پیوندهای هیدروژنی در تمام طول زنجیره‌هایشان به یکدیگر متصل شده‌اند که باعث افزایش استحکام کلی ماده می‌شود.
مایکل استرانو، نویسنده‌ی اصلی و مهندس شیمی دانشگاه MIT، گفت: «آنها مانند چسب به هم می‌چسبند.» پاره کردن مواد نه تنها نیازمند شکستن زنجیره‌های مولکولی منفرد است، بلکه نیازمند غلبه بر پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی غول‌پیکری است که در کل دسته‌ی پلیمری نفوذ می‌کنند.
علاوه بر این، پلیمرهای جدید می‌توانند به طور خودکار پوسته‌هایی تشکیل دهند. این امر پردازش مواد را آسان می‌کند، زیرا می‌توان آنها را به لایه‌های نازک تبدیل کرد یا به عنوان پوشش سطحی لایه نازک استفاده کرد. پلیمرهای سنتی تمایل دارند به صورت زنجیره‌های خطی رشد کنند یا صرف نظر از جهت‌گیری، به طور مکرر در سه بعد شاخه و پیوند ایجاد کنند. اما پلیمرهای استرانو به روشی منحصر به فرد در فضای دوبعدی رشد می‌کنند تا نانوصفحات را تشکیل دهند.
استرانو گفت: «آیا می‌توانید روی یک تکه کاغذ تجمیع کنید؟ معلوم شد که در بیشتر موارد، تا زمانی که کار ما انجام نشود، نمی‌توانید این کار را انجام دهید.» «بنابراین، ما یک مکانیسم جدید پیدا کردیم.» در این کار اخیر، تیم او بر مانعی غلبه کرد تا این تجمیع دوبعدی را ممکن سازد.
دلیل اینکه پلی‌آرامیدها ساختار مسطح دارند این است که سنتز پلیمر شامل مکانیسمی به نام قالب‌گیری خودکاتالیستی است: همانطور که پلیمر طویل می‌شود و به بلوک‌های سازنده مونومر می‌چسبد، شبکه پلیمری در حال رشد، مونومرهای بعدی را وادار می‌کند که فقط در جهت درست ترکیب شوند تا اتحاد ساختار دوبعدی را تقویت کنند. محققان نشان دادند که می‌توانند به راحتی پلیمر را در محلول روی ویفرها بپوشانند تا لمینت‌هایی به عرض یک اینچ با ضخامت کمتر از ۴ نانومتر ایجاد کنند. این تقریباً یک میلیونیم ضخامت کاغذ اداری معمولی است.
برای تعیین کمیت خواص مکانیکی ماده پلیمری، محققان نیروی مورد نیاز برای ایجاد سوراخ در یک ورق معلق از ماده را با یک سوزن ظریف اندازه‌گیری کردند. این پلی‌آمید در واقع از پلیمرهای سنتی مانند نایلون، پارچه‌ای که برای ساخت چتر نجات استفاده می‌شود، سفت‌تر است. نکته قابل توجه این است که برای باز کردن این پلی‌آمید فوق‌العاده قوی، دو برابر نیروی بیشتری نسبت به فولاد با ضخامت یکسان لازم است. به گفته استرانو، این ماده می‌تواند به عنوان یک پوشش محافظ روی سطوح فلزی، مانند روکش خودرو، یا به عنوان فیلتری برای تصفیه آب استفاده شود. در عملکرد دوم، غشای فیلتر ایده‌آل باید نازک اما به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر فشارهای بالا مقاومت کند بدون اینکه آلاینده‌های کوچک و مزاحم به منبع نهایی ما نشت کنند - که کاملاً مناسب این ماده پلی‌آمید است.
استرانو امیدوار است در آینده این روش پلیمریزاسیون را به پلیمرهای مختلف فراتر از این نمونه‌ی مشابه کولار گسترش دهد. او گفت: «پلیمرها در اطراف ما هستند.» «آنها همه کار انجام می‌دهند.» او اضافه می‌کند: «تصور کنید انواع مختلفی از پلیمرها، حتی پلیمرهای عجیب و غریب که می‌توانند الکتریسیته یا نور را هدایت کنند، به لایه‌های نازکی تبدیل شوند که می‌توانند سطوح مختلفی را بپوشانند.» استانو گفت: «به دلیل این مکانیسم جدید، شاید اکنون بتوان از انواع دیگری از پلیمرها استفاده کرد.»
استرانو گفت، در جهانی که با پلاستیک احاطه شده است، جامعه دلیلی برای هیجان‌زده شدن در مورد پلیمر جدید دیگری دارد که خواص مکانیکی آن به هیچ وجه معمولی نیست. این آرامید بسیار بادوام است، به این معنی که می‌توانیم پلاستیک‌های روزمره، از رنگ‌ها گرفته تا کیسه‌ها و بسته‌بندی مواد غذایی، را با مواد کمتر و قوی‌تری جایگزین کنیم. استرانو افزود که از دیدگاه پایداری، این پلیمر دوبعدی فوق‌العاده قوی گامی در مسیر درست برای رهایی جهان از پلاستیک است.
شی ان کیم (همانطور که معمولاً او را کیم صدا می‌زنند) نویسنده علمی آزاد متولد مالزی و کارآموز سرمقاله مجله پاپیولار ساینس بهار ۲۰۲۲ است. او به‌طور گسترده در مورد موضوعاتی از کاربردهای عجیب و غریب تار عنکبوت - انسان‌ها یا خود عنکبوت‌ها - گرفته تا زباله‌روب‌ها در فضا نوشته است.
فضاپیمای استارلاینر بوئینگ هنوز به ایستگاه فضایی بین‌المللی نرسیده است، اما کارشناسان نسبت به سومین پرواز آزمایشی آن خوشبین هستند.
ما عضوی از برنامه همکاری در فروش Amazon Services LLC هستیم، یک برنامه تبلیغاتی وابسته که به منظور فراهم کردن راهی برای کسب درآمد از طریق لینک دادن به Amazon.com و سایت‌های وابسته طراحی شده است. ثبت نام یا استفاده از این سایت به منزله پذیرش شرایط خدمات ما است.
زمان ارسال: ۱۹ مه ۲۰۲۲