과학자들은 강철과 동등한 강도를 가진 플라스틱을 만들어냈습니다.강도는 높지만 무겁지는 않습니다.화학자들이 때때로 폴리머라고 부르는 플라스틱은 모노머라고 하는 짧은 반복 단위로 구성된 긴 사슬 분자의 한 종류입니다.같은 강도를 가진 기존의 폴리머와 달리, 이 새로운 소재는 막 형태로만 제공됩니다.또한 시중에 나와 있는 가장 불침투성 플라스틱보다 50배 더 기밀성이 뛰어납니다.이 폴리머의 또 다른 주목할 만한 측면은 합성이 간단하다는 것입니다.실온에서 진행되는 이 공정에는 값싼 재료만 필요하며, 폴리머는 두께가 나노미터에 불과한 대형 시트로 대량 생산할 수 있습니다.연구진은 2월 2일 Nature 저널에 연구 결과를 보고했습니다.
문제의 소재는 폴리아미드라고 불리는데, 아미드 분자 단위가 나사산처럼 얽힌 네트워크입니다(아미드는 산소 결합된 탄소 원자에 부착된 질소 화학 그룹입니다). 이러한 폴리머로는 방탄조끼를 만드는 데 사용되는 섬유인 케블라와 내화성 원단인 노멕스가 있습니다. 케블라와 마찬가지로 새로운 소재의 폴리아미드 분자는 사슬 전체 길이에 걸쳐 수소 결합으로 서로 연결되어 있어 소재의 전반적인 강도가 향상됩니다.
MIT 화학공학자이자 이 연구의 주저자인 마이클 스트라노는 "이것들은 벨크로처럼 서로 달라붙습니다."라고 말했습니다. 재료를 찢으려면 개별 분자 사슬을 끊는 것뿐만 아니라, 전체 폴리머 묶음에 스며든 거대한 분자 간 수소 결합을 극복해야 합니다.
또한, 새로운 폴리머는 자동으로 플레이크를 형성할 수 있습니다.이로 인해 얇은 필름으로 만들거나 얇은 필름 표면 코팅으로 사용할 수 있으므로 소재를 가공하기 쉽습니다.기존 폴리머는 방향에 관계없이 선형 사슬로 성장하거나 3차원에서 반복적으로 가지가 갈라지고 연결되는 경향이 있습니다.그러나 Strano의 폴리머는 나노시트를 형성하기 위해 2D로 독특한 방식으로 성장합니다.
"종이에 응집할 수 있을까요? 대부분의 경우 저희 연구가 나오기 전까지는 불가능했습니다."라고 스트라노는 말했다. "그래서 새로운 메커니즘을 발견했습니다." 그의 팀은 최근 연구에서 이러한 2차원 응집을 가능하게 하는 난관을 극복했다.
폴리아라미드가 평면 구조를 갖는 이유는 폴리머 합성에 자가촉매 템플릿이라는 메커니즘이 관여하기 때문입니다. 폴리머가 길어지고 모노머 구성 요소에 달라붙으면 성장하는 폴리머 네트워크가 후속 모노머를 올바른 방향으로만 결합하여 2차원 구조의 결합을 강화합니다. 연구진은 웨이퍼에 용액 상태로 폴리머를 쉽게 코팅하여 두께가 4나노미터 미만인 1인치 너비의 적층판을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 이는 일반 사무용 종이 두께의 백만분의 1에 가깝습니다.
연구진은 고분자 재료의 기계적 특성을 정량화하기 위해 미세 바늘로 매달린 재료 시트에 구멍을 뚫는 데 필요한 힘을 측정했습니다. 이 폴리아미드는 실제로 낙하산을 만드는 데 사용되는 직물인 나일론과 같은 기존 고분자보다 더 단단합니다. 놀랍게도 이 초강력 폴리아미드를 푸는 데는 같은 두께의 강철보다 두 배의 힘이 필요합니다. 스트라노에 따르면, 이 물질은 자동차 베니어와 같은 금속 표면에 보호 코팅을 하거나 물을 정화하는 필터로 사용할 수 있습니다. 후자의 기능에서 이상적인 필터 멤브레인은 얇지만 최종 공급원에 작고 귀찮은 오염 물질을 누출하지 않고 고압을 견딜 수 있을 만큼 강해야 합니다. 이 폴리아미드 재료에 완벽하게 들어맞는 조건입니다.
스트라노는 앞으로 이 케블라 유사체 외에도 다양한 폴리머에 중합 방법을 확장하고자 합니다. "폴리머는 우리 주변에 널려 있습니다."라고 그는 말했습니다. "폴리머는 모든 것을 가능하게 합니다." 그는 전기나 빛을 전도할 수 있는 특이한 폴리머를 포함하여 다양한 종류의 폴리머를 다양한 표면을 덮을 수 있는 얇은 필름으로 만드는 것을 상상해 보세요. "이 새로운 메커니즘 덕분에 다른 종류의 폴리머도 사용할 수 있을 것입니다."라고 스트라노는 말했습니다.
플라스틱으로 둘러싸인 세상에서, 사회는 기계적 특성이 평범하지 않은 새로운 폴리머에 대해 기대할만한 이유가 있다고 스트라노는 말했다. 이 아라미드는 매우 내구성이 뛰어나 페인트부터 가방, 식품 포장재까지 일상적인 플라스틱을 더 적고 강한 재료로 대체할 수 있다. 스트라노는 지속 가능성의 관점에서 볼 때, 이 초강력 2D 폴리머는 세상을 플라스틱으로부터 자유롭게 하는 올바른 방향으로 나아가는 한 걸음이라고 덧붙였다.
시엔 킴(일반적으로 김이라고 불림)은 말레이시아 출신의 프리랜서 과학 작가이자 Popular Science 2022년 봄호 편집 인턴입니다. 그녀는 거미줄의 독특한 사용법(인간이나 거미 그 자체)부터 우주의 가비지 수집기까지 다양한 주제에 대해 광범위하게 글을 썼습니다.
보잉의 스타라이너 우주선은 아직 국제 우주 정거장에 도달하지 못했지만, 전문가들은 세 번째 시험 비행에 대해 낙관적이다.
당사는 Amazon.com 및 제휴 사이트에 대한 링크를 통해 수수료를 획득할 수 있는 방법을 제공하도록 고안된 제휴 광고 프로그램인 Amazon Services LLC Associates Program에 참여하고 있습니다. 이 사이트에 등록하거나 사용하는 것은 당사 서비스 약관에 동의하는 것으로 간주됩니다.
게시 시간: 2022년 5월 19일