Zinātnieki ir radījuši plastmasu, kas ir līdzvērtīga tēraudam — izturīga, bet ne smaga. Plastmasa, ko ķīmiķi dažreiz sauc par polimēriem, ir garu ķēžu molekulu klase, kas sastāv no īsām atkārtotām vienībām, ko sauc par monomēriem. Atšķirībā no iepriekšējiem tādas pašas izturības polimēriem, jaunais materiāls ir pieejams tikai membrānas formā. Tas ir arī 50 reizes hermētiskāks nekā tirgū pieejamā necaurlaidīgākā plastmasa. Vēl viens ievērojams šī polimēra aspekts ir tā sintēzes vienkāršība. Process, kas notiek istabas temperatūrā, prasa tikai lētus materiālus, un polimēru var ražot masveidā lielās loksnēs, kuru biezums ir tikai nanometri. Pētnieki savus atklājumus publicē 2. februārī žurnālā Nature.
Minēto materiālu sauc par poliamīdu — amīda molekulāro vienību vītņotu tīklu (amīdi ir slāpekļa ķīmiskās grupas, kas piestiprinātas pie ar skābekli saistītiem oglekļa atomiem). Šādi polimēri ir Kevlars — šķiedra, ko izmanto ložu necaurlaidīgu vestu ražošanā, un Nomex — ugunsdrošs audums. Tāpat kā Kevlars, arī jaunā materiāla poliamīda molekulas ir savienotas viena ar otru ar ūdeņraža saitēm visā to ķēžu garumā, kas uzlabo materiāla kopējo izturību.
"Tie turas kopā kā Velcro," sacīja vadošais autors Maikls Strano, MIT ķīmijas inženieris. Materiālu plēšanai ir nepieciešams ne tikai pārtraukt atsevišķas molekulārās ķēdes, bet arī pārvarēt milzu starpmolekulārās ūdeņraža saites, kas caurstrāvo visu polimēru saišķi.
Turklāt jaunie polimēri var automātiski veidot pārslas. Tas padara materiālu viegli apstrādājamu, jo to var izgatavot plānās plēvēs vai izmantot kā plānslāņa virsmas pārklājumu. Tradicionālie polimēri mēdz augt kā lineāras ķēdes vai atkārtoti sazaroties un savienoties trīs dimensijās neatkarīgi no orientācijas. Bet Strano polimēri aug unikālā veidā 2D formātā, veidojot nanosloksnes.
"Vai var apkopot uz papīra lapas? Izrādās, ka vairumā gadījumu to nevar izdarīt, kamēr mūsu darbs nav pabeigts," sacīja Strano. "Tātad mēs atradām jaunu mehānismu." Šajā nesenajā darbā viņa komanda pārvarēja šķērsli, lai padarītu šo divdimensiju agregāciju iespējamu.
Poliaramīdiem ir plakana struktūra tāpēc, ka polimēru sintēze ietver mehānismu, ko sauc par autokatalītisko šablonēšanu: polimēram pagarinoties un pielipot pie monomēru pamatelementiem, augošais polimēru tīkls liek nākamajiem monomēriem apvienoties pareizajā virzienā, lai stiprinātu divdimensiju struktūras savienojumu. Pētnieki pierādīja, ka viņi var viegli pārklāt polimēru šķīdumā uz plāksnēm, lai izveidotu collas platus laminātus, kuru biezums ir mazāks par 4 nanometriem. Tas ir gandrīz viena miljonā daļa no parastā biroja papīra biezuma.
Lai kvantitatīvi noteiktu polimēra materiāla mehāniskās īpašības, pētnieki izmērīja spēku, kas nepieciešams, lai ar smalku adatu izdurtu caurumus piekārtā materiāla loksnē. Šis poliamīds patiešām ir stingrāks nekā tradicionālie polimēri, piemēram, neilons, audums, ko izmanto izpletņu izgatavošanai. Ievērības cienīgi, ka šī īpaši izturīgā poliamīda atskrūvēšanai nepieciešams divreiz lielāks spēks nekā tāda paša biezuma tērauda atskrūvēšanai. Saskaņā ar Strano teikto, vielu var izmantot kā aizsargpārklājumu uz metāla virsmām, piemēram, automašīnu finieriem, vai kā filtru ūdens attīrīšanai. Pēdējā funkcijā ideālajai filtra membrānai jābūt plānai, bet pietiekami izturīgai, lai izturētu augstu spiedienu, neizlaižot mazus, traucējošus piesārņotājus mūsu gala ūdens padevē – tas ir ideāli piemērots šim poliamīda materiālam.
Nākotnē Strano cer paplašināt polimerizācijas metodi uz citiem polimēriem, kas pārsniedz šo Kevlara analogu. "Polimēri ir mums visapkārt," viņš teica. "Tie dara visu." Iedomājieties, ka daudz dažādu veidu polimērus, pat eksotiskus, kas var vadīt elektrību vai gaismu, pārvērš plānās plēvēs, kas var pārklāt dažādas virsmas, viņš piebilst. "Pateicoties šim jaunajam mehānismam, iespējams, tagad var izmantot cita veida polimērus," sacīja Stano.
Strano sacīja, ka pasaulē, ko ieskauj plastmasa, sabiedrībai ir iemesls būt sajūsminātai par vēl vienu jaunu polimēru, kura mehāniskās īpašības ir viss, izņemot parastās. Šis aramīds ir ārkārtīgi izturīgs, kas nozīmē, ka mēs varam aizstāt ikdienas plastmasu, sākot no krāsām līdz maisiņiem un pārtikas iepakojumam, ar mazāk un izturīgākiem materiāliem. Strano piebilda, ka no ilgtspējības viedokļa šis īpaši izturīgais 2D polimērs ir solis pareizajā virzienā, lai atbrīvotu pasauli no plastmasas.
Ši En Kima (kā viņu parasti sauc par Kimu) ir Malaizijā dzimusi ārštata zinātnes rakstniece un populārzinātniskā žurnāla 2022. gada pavasara redakcijas praktikante. Viņa ir plaši rakstījusi par tēmām, sākot no zirnekļu tīklu neparastā pielietojuma — cilvēkiem vai pašiem zirnekļiem — līdz atkritumu savācējiem kosmosā.
Boeing kosmosa kuģis Starliner vēl nav sasniedzis Starptautisko kosmosa staciju, taču eksperti ir optimistiski noskaņoti par trešo izmēģinājuma lidojumu.
Mēs piedalāmies Amazon Services LLC Associates programmā — saistīto uzņēmumu reklāmas programmā, kas izstrādāta, lai nodrošinātu mums iespēju nopelnīt komisijas maksu, ievietojot saites uz Amazon.com un saistītajām vietnēm. Reģistrējoties vai lietojot šo vietni, jūs piekrītat mūsu Pakalpojumu sniegšanas noteikumiem.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 19. maijs