מדענים יצרו פלסטיק המקביל לפלדה - חזק אך לא כבד. פלסטיק, שלעיתים כימאים מכנים פולימרים, הוא סוג של מולקולות ארוכות שרשרת המורכבות מיחידות קצרות וחוזרות הנקראות מונומרים. שלא כמו פולימרים קודמים בעלי אותו חוזק, החומר החדש מגיע רק בצורת ממברנה. הוא גם אטום פי 50 יותר מהפלסטיק האטום ביותר בשוק. היבט בולט נוסף של פולימר זה הוא פשטות הסינתזה שלו. התהליך, המתרחש בטמפרטורת החדר, דורש רק חומרים זולים, וניתן לייצר את הפולימר באופן המוני ביריעות גדולות שעוביין ננומטרים בלבד. החוקרים מדווחים על ממצאיהם ב-2 בפברואר בכתב העת Nature.
החומר המדובר נקרא פוליאמיד, רשת משורשרת של יחידות מולקולריות אמיד (אמידים הם קבוצות כימיות של חנקן המחוברות לאטומי פחמן הקשורים לחמצן). פולימרים כאלה כוללים קבלר, סיב המשמש לייצור אפודי חסינות, ונומקס, בד עמיד באש. בדומה לקבלר, מולקולות הפוליאמיד בחומר החדש קשורות זו לזו באמצעות קשרי מימן לאורך כל שרשראותיהן, מה שמשפר את החוזק הכולל של החומר.
"הם נדבקים זה לזה כמו ולקרו", אמר המחבר הראשי של המחקר, מייקל סטראנו, מהנדס כימיה ב-MIT. קריעת חומרים דורשת לא רק שבירת שרשראות מולקולריות בודדות, אלא גם התגברות על קשרי המימן הבין-מולקולריים הענקיים החודרים לכל צרור הפולימר.
בנוסף, הפולימרים החדשים יכולים ליצור באופן אוטומטי פתיתי גז. זה הופך את החומר לקל לעיבוד, שכן ניתן לייצר ממנו שכבות דקות או להשתמש בו כציפוי משטח דק. פולימרים מסורתיים נוטים לגדול כשרשראות ליניאריות, או להסתעף ולהתחבר שוב ושוב בשלושה ממדים, ללא קשר לכיוון. אבל הפולימרים של סטראנו גדלים בצורה ייחודית בדו-ממד ליצירת ננו-גיליונות.
"האם ניתן לצבור נתונים על פיסת נייר? מסתבר שברוב המקרים, אי אפשר לעשות זאת עד לעבודה שלנו", אמר סטראנו. "אז מצאנו מנגנון חדש". בעבודה האחרונה הזו, צוותו התגבר על מכשול כדי לאפשר צבירה דו-ממדית זו.
הסיבה שלפוליארמידים יש מבנה מישורי היא שסינתזת פולימרים כרוכה במנגנון הנקרא תבניות אוטוקטליטיות: ככל שהפולימר מתארך ונדבק לאבני הבניין של המונומר, רשת הפולימרים הגדלה גורמת למונומרים הבאים להתאחד רק בכיוון הנכון כדי לחזק את האיחוד של המבנה הדו-ממדי. החוקרים הראו שהם יכולים בקלות לצפות את הפולימר בתמיסה על פרוסות סיליקון כדי ליצור למינטים ברוחב אינץ' ועובי של פחות מ-4 ננומטרים. זה כמעט מיליונית מעוביו של נייר משרדי רגיל.
כדי לכמת את התכונות המכניות של חומר הפולימר, החוקרים מדדו את הכוח הנדרש לניקוב חורים ביריעת חומר תלויה בעזרת מחט דקה. פוליאמיד זה אכן קשיח יותר מפולימרים מסורתיים כמו ניילון, הבד המשמש לייצור מצנחים. באופן מפתיע, נדרש כוח כפול כדי לפתוח את הפוליאמיד החזק הזה מאשר פלדה באותו עובי. לדברי סטראנו, החומר יכול לשמש כציפוי מגן על משטחי מתכת, כגון ציפויי מכוניות, או כמסנן לטיהור מים. בפונקציה האחרונה, קרום המסנן האידיאלי צריך להיות דק אך חזק מספיק כדי לעמוד בלחצים גבוהים מבלי לדלוף מזהמים קטנים ומטרידים לאספקה הסופית שלנו - התאמה מושלמת לחומר פוליאמיד זה.
בעתיד, סטראנו מקווה להרחיב את שיטת הפילמור לפולימרים שונים מעבר לאנלוג הקבלר הזה. "פולימרים נמצאים סביבנו", אמר. "הם עושים הכל". דמיינו להפוך סוגים רבים ושונים של פולימרים, אפילו אקזוטיים שיכולים להוליך חשמל או אור, לשכבות דקות שיכולות לכסות מגוון משטחים, הוא מוסיף. "בגלל המנגנון החדש הזה, אולי ניתן כעת להשתמש בסוגים אחרים של פולימרים", אמר סטאנו.
בעולם המוקף בפלסטיק, לחברה יש סיבה להתרגש מפולימר חדש נוסף שתכונותיו המכניות הן הכל חוץ מרגילות, אמר סטראנו. ארמיד זה עמיד ביותר, מה שאומר שאנחנו יכולים להחליף פלסטיק יומיומי, מצבעים ועד שקיות ואריזות מזון, בפחות חומרים וחזקים יותר. סטראנו הוסיף כי מנקודת מבט של קיימות, פולימר דו-ממדי חזק במיוחד זה הוא צעד בכיוון הנכון לשחרור העולם מפלסטיק.
שי אן קים (כפי שהיא מכונה בדרך כלל קים) היא כותבת מדע עצמאית ילידת מלזיה ומתמחה בעריכה במגזין המדע הפופולרי אביב 2022. היא כתבה רבות על נושאים הנעים בין שימושים ייחודיים של קורי עכביש - בני אדם או העכבישים עצמם - ועד לאוספי אשפה בחלל החיצון.
חללית סטארליינר של בואינג טרם הגיעה לתחנת החלל הבינלאומית, אך מומחים אופטימיים לגבי טיסת ניסוי שלישית.
אנו משתתפים בתוכנית השותפים של Amazon Services LLC, תוכנית פרסום שותפים שנועדה לספק לנו דרך להרוויח עמלות על ידי קישור לאתר Amazon.com ולאתרים קשורים. הרשמה או שימוש באתר זה מהווים קבלה של תנאי השירות שלנו.
זמן פרסום: 19 במאי 2022