Uns científicos crearon un plástico equivalente ao aceiro: forte pero non pesado. Os plásticos, que os químicos ás veces chaman polímeros, son unha clase de moléculas de cadea longa compostas por unidades curtas e repetitivas chamadas monómeros. A diferenza dos polímeros anteriores da mesma resistencia, o novo material só se presenta en forma de membrana. Tamén é 50 veces máis hermético que o plástico máis impermeable do mercado. Outro aspecto notable deste polímero é a súa simplicidade de síntese. O proceso, que ten lugar a temperatura ambiente, só require materiais baratos e o polímero pódese producir en masa en láminas grandes que só teñen nanómetros de grosor. Os investigadores publican os seus achados o 2 de febreiro na revista Nature.
O material en cuestión chámase poliamida, unha rede roscada de unidades moleculares de amida (as amidas son grupos químicos de nitróxeno unidos a átomos de carbono con enlaces de osíxeno). Entre estes polímeros inclúense o Kevlar, unha fibra que se usa para fabricar chalecos antibalas, e o Nomex, un tecido resistente ao lume. Do mesmo xeito que o Kevlar, as moléculas de poliamida do novo material están unidas entre si por enlaces de hidróxeno ao longo de toda a lonxitude das súas cadeas, o que mellora a resistencia xeral do material.
«Únense como o velcro», dixo o autor principal Michael Strano, un enxeñeiro químico do MIT. Rasgar materiais non só require romper as cadeas moleculares individuais, senón tamén superar as xigantescas pontes de hidróxeno intermoleculares que impregnan todo o feixe de polímeros.
Ademais, os novos polímeros poden formar automaticamente escamas. Isto facilita o procesamento do material, xa que se pode converter en películas finas ou usar como revestimento superficial de película fina. Os polímeros tradicionais tenden a crecer como cadeas lineais ou a ramificarse e enlazarse repetidamente en tres dimensións, independentemente da orientación. Pero os polímeros de Strano crecen dun xeito único en 2D para formar nanocapas.
«Pódese agregar nun anaco de papel? Resulta que, na maioría dos casos, non se pode facer ata que remate o noso traballo», dixo Strano. «Entón, atopamos un novo mecanismo». Neste traballo recente, o seu equipo superou un obstáculo para facer posible esta agregación bidimensional.
A razón pola que as poliaramidas teñen unha estrutura planar é que a síntese de polímeros implica un mecanismo chamado autocatalítico de creación de modelos: a medida que o polímero se alonga e se adhire aos bloques de construción dos monómeros, a crecente rede de polímeros induce aos monómeros posteriores a combinarse só na dirección correcta para fortalecer a unión da estrutura bidimensional. Os investigadores demostraron que podían recubrir facilmente o polímero en solución sobre obleas para crear laminados dunha polgada de ancho e de menos de 4 nanómetros de grosor. Iso é case unha millonésima parte do grosor do papel de oficina normal.
Para cuantificar as propiedades mecánicas do material polimérico, os investigadores mediron a forza necesaria para facer buratos nunha lámina de material suspendida cunha agulla fina. Esta poliamida é, de feito, máis ríxida que os polímeros tradicionais como o nailon, o tecido que se usa para fabricar paracaídas. Sorprendentemente, fai falla o dobre de forza para desenroscar esta poliamida superforte que o aceiro do mesmo grosor. Segundo Strano, a substancia pódese usar como revestimento protector en superficies metálicas, como os chapas dos coches, ou como filtro para purificar a auga. Nesta última función, a membrana filtrante ideal debe ser delgada pero o suficientemente forte como para soportar altas presións sen filtrar pequenos contaminantes molestos no noso subministro final, un axuste perfecto para este material de poliamida.
No futuro, Strano espera estender o método de polimerización a diferentes polímeros máis alá deste análogo de Kevlar. «Os polímeros están por todas partes», dixo. «Fan de todo». Imaxinade converter moitos tipos diferentes de polímeros, mesmo exóticos que poden conducir a electricidade ou a luz, en películas finas que poden cubrir unha variedade de superficies, engade. «Debido a este novo mecanismo, quizais agora se poidan usar outros tipos de polímeros», dixo Stano.
Nun mundo rodeado de plásticos, a sociedade ten motivos para estar entusiasmada con outro novo polímero cuxas propiedades mecánicas son todo menos ordinarias, dixo Strano. Esta aramida é extremadamente duradeira, o que significa que podemos substituír os plásticos cotiáns, desde pinturas ata bolsas e envases de alimentos, por menos materiais e máis resistentes. Strano engadiu que, desde o punto de vista da sustentabilidade, este polímero 2D superforte é un paso na dirección correcta para liberar o mundo do plástico.
Shi En Kim (como adoita chamarse Kim) é unha escritora científica independente nada en Malaisia e becaria editorial de Popular Science Spring 2022. Escribiu extensamente sobre temas que van dende os peculiares usos das teias de araña (humanos ou as propias arañas) ata os recolectores de lixo no espazo exterior.
A nave espacial Starliner de Boeing aínda non chegou á Estación Espacial Internacional, pero os expertos son optimistas sobre un terceiro voo de proba.
Participamos no Programa de Asociados de Amazon Services LLC, un programa de publicidade de afiliados deseñado para proporcionarnos unha forma de gañar comisións mediante ligazóns a Amazon.com e sitios afiliados. Rexistrarse ou usar este sitio constitúe a aceptación das nosas Condicións de servizo.
Data de publicación: 19 de maio de 2022