Vísindamenn hafa búið til plast sem jafngildir stáli — sterkt en ekki þungt. Plast, sem efnafræðingar kalla stundum fjölliður, er flokkur langkeðjusameinda sem eru gerðar úr stuttum endurteknum einingum sem kallast einliður. Ólíkt fyrri fjölliðum með sama styrk, fæst nýja efnið aðeins í himnuformi. Það er einnig 50 sinnum loftþéttara en ógegndræpasta plastið á markaðnum. Annar athyglisverður þáttur í þessari fjölliðu er einfaldleiki myndunar hennar. Ferlið, sem fer fram við stofuhita, krefst aðeins ódýrra efna og fjölliðuna er hægt að fjöldaframleiða í stórum blöðum sem eru aðeins nanómetrar að þykkt. Rannsakendurnir greina frá niðurstöðum sínum 2. febrúar í tímaritinu Nature.
Efnið sem um ræðir kallast pólýamíð, þráðbundið net af amíð sameindaeiningum (amíð eru köfnunarefnishópar sem tengjast súrefnisbundnum kolefnisatómum). Slík fjölliður eru meðal annars Kevlar, trefjar sem notaðar eru til að búa til skotheld vesti, og Nomex, eldvarnt efni. Líkt og Kevlar eru pólýamíð sameindirnar í nýja efninu tengdar hver annarri með vetnistengjum eftir allri lengd keðjanna, sem eykur heildarstyrk efnisins.
„Þau festast saman eins og Velcro,“ sagði aðalhöfundur greinarinnar, Michael Strano, efnaverkfræðingur við MIT. Að rífa efni krefst ekki aðeins þess að brjóta einstakar sameindakeðjur, heldur einnig að sigrast á risavaxnum vetnistengjum milli sameinda sem gegnsýra allt fjölliðuknippið.
Að auki geta nýju fjölliðurnar sjálfkrafa myndað flögur. Þetta gerir efnið auðvelt í vinnslu, þar sem hægt er að búa það til þunnar filmur eða nota það sem þunnfilmu yfirborðshúð. Hefðbundnar fjölliður hafa tilhneigingu til að vaxa sem línulegar keðjur, eða greinast og tengjast ítrekað í þremur víddum, óháð stefnu. En fjölliður Strano vaxa á einstakan hátt í tvívídd til að mynda nanóblöð.
„Er hægt að safna saman á blað? Það kemur í ljós að í flestum tilfellum er það ekki hægt fyrr en við höfum lokið vinnu okkar,“ sagði Strano. „Þannig að við fundum nýja aðferð.“ Í þessari nýlegu vinnu yfirstígði teymi hans hindrun til að gera þessa tvívíðu samantekt mögulega.
Ástæðan fyrir því að pólýaramíð hafa flata uppbyggingu er sú að fjölliðumyndun felur í sér ferli sem kallast sjálfhvataðar sniðmát: þegar fjölliðan lengist og festist við byggingareiningar einliðunnar, veldur vaxandi fjölliðunetið því að síðari einliður sameinast aðeins í rétta átt til að styrkja sameiningu tvívíddarbyggingarinnar. Rannsakendurnir sýndu fram á að þeir gætu auðveldlega húðað fjölliðuna í lausn á skífur til að búa til tommubreiða lagskiptingu sem var minni en 4 nanómetrar á þykkt. Það er næstum ein milljónasta af þykkt venjulegs skrifstofupappírs.
Til að mæla vélræna eiginleika fjölliðuefnisins mældu vísindamennirnir kraftinn sem þarf til að stinga göt í svifandi efnisþynnu með fínni nál. Þetta pólýamíð er vissulega stífara en hefðbundin fjölliður eins og nylon, efnið sem notað er til að búa til fallhlífar. Það er merkilegt að það þarf tvöfalt meiri kraft til að skrúfa af þetta ofursterka pólýamíð en stál af sömu þykkt. Samkvæmt Strano er hægt að nota efnið sem verndandi húðun á málmyfirborðum, svo sem bílaþekjum, eða sem síu til að hreinsa vatn. Í síðarnefnda hlutverkinu þarf kjörsíuhimnan að vera þunn en nógu sterk til að standast mikinn þrýsting án þess að leka litlum, óþægilegum mengunarefnum inn í lokabirgðir okkar - fullkomin passa fyrir þetta pólýamíðefni.
Í framtíðinni vonast Strano til að geta útvíkkað fjölliðunaraðferðina til að ná yfir aðrar fjölliður umfram þessa Kevlar-hliðstæðu. „Fjölliður eru alls staðar í kringum okkur,“ sagði hann. „Þeir gera allt.“ Ímyndaðu þér að breyta mörgum mismunandi gerðum af fjölliðum, jafnvel framandi fjölliðum sem geta leitt rafmagn eða ljós, í þunnar filmur sem geta hulið fjölbreytt yfirborð, bætir hann við. „Vegna þessa nýja aðferðar er kannski nú hægt að nota aðrar tegundir af fjölliðum,“ sagði Stano.
Í heimi umkringdur plasti hefur samfélagið ástæðu til að vera spennt fyrir annarri nýrri fjölliðu sem hefur allt annað en venjulegar vélrænar eiginleika, sagði Strano. Þetta aramíð er afar endingargott, sem þýðir að við getum skipt út venjulegu plasti, allt frá málningu til poka til matvælaumbúða, fyrir færri og sterkari efni. Strano bætti við að frá sjálfbærnisjónarmiði sé þessi ofursterka tvívíddar fjölliða skref í rétta átt til að losa heiminn við plast.
Shi En Kim (eins og hún er oftast kölluð Kim) er sjálfstætt starfandi vísindarithöfundur fæddur í Malasíu og ritstjóri í starfsnámi í vinsælum vísindum vorið 2022. Hún hefur skrifað mikið um efni sem spanna allt frá sérkennilegri notkun köngulóarvefja - manna eða köngulómanna sjálfra - til sorphirðu í geimnum.
Starliner geimfar Boeing hefur enn ekki náð til Alþjóðlegu geimstöðvarinnar, en sérfræðingar eru bjartsýnir á þriðju prufuflugferðina.
Við erum þátttakendur í Amazon Services LLC Associates Program, sem er samstarfsauglýsingaáætlun sem er hönnuð til að veita okkur leið til að afla þóknunar með því að tengjast Amazon.com og tengdum síðum. Skráning eða notkun þessarar síðu jafngildir samþykki á þjónustuskilmálum okkar.
Birtingartími: 19. maí 2022