Mokslininkai sukūrė plastiką, atitinkantį plieną – tvirtą, bet nesunkų. Plastikai, kuriuos chemikai kartais vadina polimerais, yra ilgų grandinių molekulių klasė, sudaryta iš trumpų pasikartojančių vienetų, vadinamų monomerais. Skirtingai nuo ankstesnių tokio pat stiprumo polimerų, naujoji medžiaga yra tik membranos formos. Ji taip pat yra 50 kartų hermetiškesnė nei pats nepralaidiausias plastikas rinkoje. Kitas svarbus šio polimero aspektas yra jo sintezės paprastumas. Procesui, kuris vyksta kambario temperatūroje, reikia tik pigių medžiagų, o polimerą galima masiškai gaminti dideliais, vos nanometrų storio lakštais. Tyrėjai savo išvadas paskelbia vasario 2 d. žurnale „Nature“.
Aptariama medžiaga vadinama poliamidu – tai srieginis amidų molekulinių vienetų tinklas (amidai yra azoto cheminės grupės, prijungtos prie deguonimi sujungtų anglies atomų). Tokie polimerai yra „Kevlar“ – pluoštas, naudojamas neperšaunamoms liemenėms gaminti, ir „Nomex“ – ugniai atsparus audinys. Kaip ir „Kevlar“, naujosios medžiagos poliamido molekulės yra sujungtos viena su kita vandeniliniais ryšiais per visą jų grandinių ilgį, o tai padidina bendrą medžiagos stiprumą.
„Jie sulimpa kaip lipni juosta“, – teigė pagrindinis autorius Michaelas Strano, MIT chemijos inžinierius. Medžiagų plėšimas reikalauja ne tik atskirų molekulinių grandinių nutraukimo, bet ir milžiniškų tarpmolekulinių vandenilinių jungčių, kurios prasiskverbia per visą polimero ryšulį, įveikimo.
Be to, naujieji polimerai gali automatiškai formuoti dribsnius. Dėl to medžiagą lengva apdoroti, nes ją galima pagaminti į plonas plėveles arba naudoti kaip plonasluoksnę paviršiaus dangą. Tradiciniai polimerai linkę augti kaip linijinės grandinės arba pakartotinai šakotis ir jungtis trimis matmenimis, nepriklausomai nuo orientacijos. Tačiau „Strano“ polimerai unikaliu būdu auga 2D formatu ir sudaro nanosluoksnius.
„Ar galima agreguoti duomenis ant popieriaus lapo? Pasirodo, daugeliu atvejų to padaryti neįmanoma, kol negausime mūsų darbo“, – sakė Strano. „Taigi, radome naują mechanizmą.“ Šiame naujausiame darbe jo komanda įveikė kliūtį, kad ši dvimatė agregacija taptų įmanoma.
Poliaramidai turi plokštuminę struktūrą todėl, kad polimerų sintezėje vyksta mechanizmas, vadinamas autokataliziniu šablonų sudarymu: polimerui ilgėjant ir prilipus prie monomerų struktūrinių blokų, augantis polimerų tinklas skatina vėlesnius monomerus jungtis tik teisinga kryptimi, kad sustiprintų dvimatės struktūros jungtį. Tyrėjai įrodė, kad jie gali lengvai padengti tirpale esantį polimerą ant plokštelių ir sukurti colio pločio laminatus, kurių storis mažesnis nei 4 nanometrai. Tai beveik milijoninė įprasto biuro popieriaus storio dalis.
Norėdami kiekybiškai įvertinti polimerinės medžiagos mechanines savybes, tyrėjai išmatavo jėgą, reikalingą skylėms pakabintame medžiagos lakšte išdurti plona adata. Šis poliamidas iš tiesų yra standesnis nei tradiciniai polimerai, tokie kaip nailonas – audinys, naudojamas parašiutams gaminti. Įdomu tai, kad norint atsukti šį itin stiprų poliamidą, reikia dvigubai daugiau jėgos nei tokio pat storio plienui. Pasak „Strano“, ši medžiaga gali būti naudojama kaip apsauginė danga ant metalinių paviršių, pavyzdžiui, automobilių faneros, arba kaip filtras vandeniui valyti. Pastarajai funkcijai ideali filtro membrana turi būti plona, bet pakankamai tvirta, kad atlaikytų aukštą slėgį, nepraleisdama mažų, nepageidaujamų teršalų į galutinį tiekimą – tai puikiai tinka šiai poliamido medžiagai.
Ateityje Strano tikisi išplėsti polimerizacijos metodą, kad jis apimtų ir kitus polimerus, neapsiribojant šiuo Kevlaro analogu. „Polimerai yra visur aplink mus“, – sakė jis. „Jie daro viską.“ Įsivaizduokite, kad daugybę skirtingų polimerų, net ir egzotiškų, kurie gali praleisti elektrą ar šviesą, paverčiate plonomis plėvelėmis, galinčiomis padengti įvairius paviršius, priduria jis. „Dėl šio naujo mechanizmo galbūt dabar galima naudoti ir kitų rūšių polimerus“, – sakė Stano.
Pasak Strano, plastikų apsuptame pasaulyje visuomenė turi pagrindo džiaugtis dar vienu nauju polimeru, kurio mechaninės savybės yra visai kitokios nei įprastos. Šis aramidas yra itin patvarus, o tai reiškia, kad kasdienį plastiką – nuo dažų iki maišelių ir maisto pakuočių – galime pakeisti mažiau naudojančiomis ir tvirtesnėmis medžiagomis. Strano pridūrė, kad tvarumo požiūriu šis itin stiprus 2D polimeras yra žingsnis teisinga linkme, siekiant išlaisvinti pasaulį nuo plastiko.
Shi En Kim (kaip ji dažniausiai vadinama Kim) yra Malaizijoje gimusi laisvai samdoma mokslo rašytoja ir 2022 m. pavasario populiariojo mokslo redakcijos praktikantė. Ji daug rašė įvairiomis temomis – nuo keisto voratinklių panaudojimo – žmonių ar pačių vorų – iki šiukšlių surinkėjų kosmose.
„Boeing“ erdvėlaivis „Starliner“ dar nepasiekė Tarptautinės kosminės stoties, tačiau ekspertai optimistiškai vertina trečiąjį bandomąjį skrydį.
Dalyvaujame „Amazon Services LLC Associates“ programoje – tai filialų reklamos programa, skirta suteikti mums galimybę uždirbti mokesčius, pateikiant nuorodas į „Amazon.com“ ir susijusias svetaines. Registruodamiesi arba naudodamiesi šia svetaine, sutinkate su mūsų paslaugų teikimo sąlygomis.
Įrašo laikas: 2022 m. gegužės 19 d.