Vedci vytvorili plast ekvivalentný oceli – pevný, ale nie ťažký. Plasty, ktoré chemici niekedy nazývajú polyméry, sú triedou molekúl s dlhým reťazcom zložených z krátkych opakujúcich sa jednotiek nazývaných monoméry. Na rozdiel od predchádzajúcich polymérov s rovnakou pevnosťou sa nový materiál dodáva iba v membránovej forme. Je tiež 50-krát vzduchotesnejší ako najnepriepustnejší plast na trhu. Ďalším pozoruhodným aspektom tohto polyméru je jeho jednoduchosť syntézy. Proces, ktorý prebieha pri izbovej teplote, vyžaduje iba lacné materiály a polymér sa môže hromadne vyrábať vo veľkých listoch, ktoré sú hrubé len nanometre. Výskumníci informujú o svojich zisteniach 2. februára v časopise Nature.
Predmetný materiál sa nazýva polyamid, čo je sieť amidových molekulárnych jednotiek (amidy sú dusíkaté chemické skupiny pripojené k atómom uhlíka viazaným kyslíkom). Medzi takéto polyméry patrí kevlar, vlákno používané na výrobu nepriestrelných viest, a nomex, ohňovzdorná tkanina. Podobne ako kevlar, aj molekuly polyamidu v novom materiáli sú navzájom spojené vodíkovými väzbami pozdĺž celej dĺžky svojich reťazcov, čo zvyšuje celkovú pevnosť materiálu.
„Držia sa pohromade ako suchý zips,“ povedal hlavný autor Michael Strano, chemický inžinier z MIT. Trhanie materiálov si vyžaduje nielen prerušenie jednotlivých molekulárnych reťazcov, ale aj prekonanie obrovských intermolekulárnych vodíkových väzieb, ktoré prenikajú celým polymérnym zväzkom.
Okrem toho nové polyméry dokážu automaticky tvoriť vločky. Vďaka tomu sa materiál ľahko spracováva, pretože sa dá vyrobiť do tenkých vrstiev alebo použiť ako povrchový náter tenkých vrstiev. Tradičné polyméry majú tendenciu rásť ako lineárne reťazce alebo sa opakovane vetvia a spájajú v troch rozmeroch bez ohľadu na orientáciu. Stranove polyméry však rastú jedinečným spôsobom v 2D a vytvárajú nanovrstvy.
„Dá sa to agregovať na papieri? Ukazuje sa, že vo väčšine prípadov to nedokážete, kým nevypracujeme našu prácu,“ povedal Strano. „Našli sme teda nový mechanizmus.“ V tejto nedávnej práci jeho tím prekonal prekážku, aby umožnil túto dvojrozmernú agregáciu.
Dôvod, prečo majú polyaramidy planárnu štruktúru, je ten, že syntéza polymérov zahŕňa mechanizmus nazývaný autokatalytické templátovanie: ako sa polymér predlžuje a priľne k monomérnym stavebným blokom, rastúca polymérna sieť indukuje, aby sa následné monoméry spájali iba správnym smerom, aby sa posilnilo spojenie dvojrozmernej štruktúry. Výskumníci preukázali, že dokážu ľahko naniesť polymér v roztoku na doštičky a vytvoriť tak lamináty široké jeden palec s hrúbkou menšou ako 4 nanometre. To je takmer milióntina hrúbky bežného kancelárskeho papiera.
Aby výskumníci kvantifikovali mechanické vlastnosti polymérneho materiálu, merali silu potrebnú na prepichnutie otvorov v zavesenej vrstve materiálu tenkou ihlou. Tento polyamid je skutočne tuhší ako tradičné polyméry, ako je nylon, tkanina používaná na výrobu padákov. Je pozoruhodné, že na odskrutkovanie tohto super silného polyamidu je potrebná dvakrát väčšia sila ako na odskrutkovanie ocele rovnakej hrúbky. Podľa Strana sa látka môže použiť ako ochranný náter na kovových povrchoch, ako sú napríklad dyhy automobilov, alebo ako filter na čistenie vody. V druhej funkcii musí byť ideálna filtračná membrána tenká, ale dostatočne pevná, aby odolala vysokému tlaku bez toho, aby do nášho konečného zdroja unikali malé, rušivé kontaminanty – čo je pre tento polyamidový materiál ideálne.
Strano dúfa, že v budúcnosti rozšíri metódu polymerizácie na rôzne polyméry nad rámec tohto kevlarového analógu. „Polyméry sú všade okolo nás,“ povedal. „Robia všetko.“ Predstavte si, že by ste premenili mnoho rôznych druhov polymérov, dokonca aj exotických, ktoré dokážu viesť elektrinu alebo svetlo, na tenké filmy, ktoré dokážu pokryť rôzne povrchy, dodáva. „Vďaka tomuto novému mechanizmu by sa teraz mohli použiť aj iné druhy polymérov,“ povedal Stano.
Vo svete obklopenom plastmi má spoločnosť dôvod byť nadšená z ďalšieho nového polyméru, ktorého mechanické vlastnosti sú všetko, len nie obyčajné, povedal Strano. Tento aramid je mimoriadne odolný, čo znamená, že môžeme nahradiť bežné plasty, od farieb cez tašky až po obaly na potraviny, menším množstvom a pevnejšími materiálmi. Strano dodal, že z hľadiska udržateľnosti je tento super silný 2D polymér krokom správnym smerom k oslobodeniu sveta od plastov.
Shi En Kim (ako ju zvyčajne volajú Kim) je nezávislá vedecká spisovateľka narodená v Malajzii a redaktorka Popular Science Spring 2022. Jej práce sa venujú rôznym témam od netradičného využitia pavučín – ľuďmi alebo samotnými pavúkmi – až po zberače odpadu vo vesmíre.
Kozmická loď Starliner od spoločnosti Boeing sa ešte nedostala k Medzinárodnej vesmírnej stanici, ale odborníci sú optimistickí ohľadom tretieho testovacieho letu.
Sme účastníkom partnerského reklamného programu Amazon Services LLC Associates Program, ktorý nám umožňuje zarábať poplatky prepojením na Amazon.com a pridružené stránky. Registráciou alebo používaním tejto stránky súhlasíte s našimi Podmienkami služby.
Čas uverejnenia: 19. mája 2022