Oamenii de știință au creat un plastic echivalent cu oțelul - rezistent, dar nu greu. Materialele plastice, pe care chimiștii le numesc uneori polimeri, sunt o clasă de molecule cu lanț lung, formate din unități scurte și repetitive numite monomeri. Spre deosebire de polimerii anteriori cu aceeași rezistență, noul material vine doar sub formă de membrană. De asemenea, este de 50 de ori mai etanș decât cel mai impermeabil plastic de pe piață. Un alt aspect notabil al acestui polimer este simplitatea sintezei sale. Procesul, care are loc la temperatura camerei, necesită doar materiale ieftine, iar polimerul poate fi produs în masă în foi mari, cu grosimea de doar nanometri. Cercetătorii își prezintă descoperirile pe 2 februarie în revista Nature.
Materialul în cauză se numește poliamidă, o rețea filetată de unități moleculare amidice (amidele sunt grupări chimice de azot atașate la atomi de carbon legați de oxigen). Printre acești polimeri se numără Kevlarul, o fibră utilizată pentru fabricarea vestelor antiglonț, și Nomexul, o țesătură ignifugă. La fel ca Kevlarul, moleculele de poliamidă din noul material sunt legate între ele prin legături de hidrogen de-a lungul întregii lungimi a lanțurilor lor, ceea ce sporește rezistența generală a materialului.
„Se lipesc între ele ca niște velcro”, a spus autorul principal Michael Strano, inginer chimist la MIT. Ruperea materialelor necesită nu doar ruperea lanțurilor moleculare individuale, ci și depășirea legăturilor gigantice de hidrogen intermoleculare care pătrund în întregul fascicul de polimeri.
În plus, noii polimeri pot forma automat fulgi. Acest lucru face ca materialul să fie ușor de procesat, deoarece poate fi transformat în pelicule subțiri sau utilizat ca acoperire de suprafață cu peliculă subțire. Polimerii tradiționali tind să crească sub formă de lanțuri liniare sau să se ramifice și să se lege în mod repetat în trei dimensiuni, indiferent de orientare. Dar polimerii lui Strano cresc într-un mod unic în 2D pentru a forma nano-folii.
„Poți agrega date pe o foaie de hârtie? Se pare că, în majoritatea cazurilor, nu poți face asta până la finalizarea lucrării noastre”, a spus Strano. „Așadar, am găsit un nou mecanism.” În această lucrare recentă, echipa sa a depășit un obstacol pentru a face posibilă această agregare bidimensională.
Motivul pentru care poliaramidele au o structură planară este că sinteza polimerilor implică un mecanism numit șablonare autocatalitică: pe măsură ce polimerul se lungește și se lipește de blocurile de construcție ale monomerilor, rețeaua polimerică în creștere induce monomerii ulteriori să se combine doar în direcția corectă pentru a consolida uniunea structurii bidimensionale. Cercetătorii au demonstrat că pot acoperi cu ușurință polimerul în soluție pe napolitane pentru a crea laminate de un inch cu o grosime mai mică de 4 nanometri. Aceasta este aproape o milionime din grosimea hârtiei de birou obișnuite.
Pentru a cuantifica proprietățile mecanice ale materialului polimeric, cercetătorii au măsurat forța necesară pentru a face găuri într-o foaie de material suspendată cu un ac fin. Această poliamidă este într-adevăr mai rigidă decât polimerii tradiționali precum nailonul, materialul folosit pentru fabricarea parașutelor. În mod remarcabil, este nevoie de două ori mai multă forță pentru a deșuruba această poliamidă super-rezistentă decât oțelul de aceeași grosime. Potrivit lui Strano, substanța poate fi utilizată ca strat protector pe suprafețe metalice, cum ar fi furnirul mașinilor, sau ca filtru pentru purificarea apei. În această ultimă funcție, membrana filtrantă ideală trebuie să fie subțire, dar suficient de rezistentă pentru a rezista la presiuni mari, fără a scurge contaminanți mici, deranjanți, în sursa noastră finală - o potrivire perfectă pentru acest material poliamidic.
În viitor, Strano speră să extindă metoda de polimerizare la diferiți polimeri, dincolo de acest analog de Kevlar. „Polimerii sunt peste tot în jurul nostru”, a spus el. „Ei fac totul.” Imaginați-vă că puteți transforma multe tipuri diferite de polimeri, chiar și unele exotice care pot conduce electricitatea sau lumina, în pelicule subțiri care pot acoperi o varietate de suprafețe, adaugă el. „Datorită acestui nou mecanism, poate că acum pot fi utilizate și alte tipuri de polimeri”, a spus Stano.
Într-o lume înconjurată de materiale plastice, societatea are motive să fie entuziasmată de un alt polimer nou ale cărui proprietăți mecanice sunt orice altceva decât obișnuite, a spus Strano. Această aramidă este extrem de durabilă, ceea ce înseamnă că putem înlocui materialele plastice de zi cu zi, de la vopsele la pungi și ambalaje alimentare, cu materiale mai puține și mai rezistente. Strano a adăugat că, din punct de vedere al sustenabilității, acest polimer 2D super-rezistent este un pas în direcția corectă pentru a elibera lumea de plastic.
Shi En Kim (așa cum este numită de obicei Kim) este o scriitoare științifică independentă, născută în Malaezia, și stagiară editorială la Popular Science Spring 2022. A scris pe larg pe teme variind de la utilizările ciudate ale pânzelor de păianjen - oameni sau păianjeni înșiși - până la colectorii de gunoi din spațiul cosmic.
Nava spațială Starliner a companiei Boeing nu a ajuns încă la Stația Spațială Internațională, dar experții sunt optimiști în privința unui al treilea zbor de testare.
Suntem participanți la Programul Amazon Services LLC Associates, un program de publicitate afiliat conceput pentru a ne oferi o modalitate de a câștiga comisioane prin link-uri către Amazon.com și site-uri afiliate. Înregistrarea sau utilizarea acestui site constituie acceptarea Termenilor și condițiilor noastre de utilizare.
Data publicării: 19 mai 2022