Znanstveniki so ustvarili plastiko, ki je enakovredna jeklu – močna, a ne težka. Plastika, ki jo kemiki včasih imenujejo polimeri, je razred dolgoverižnih molekul, sestavljenih iz kratkih ponavljajočih se enot, imenovanih monomeri. Za razliko od prejšnjih polimerov enake trdnosti je novi material na voljo le v membranski obliki. Je tudi 50-krat bolj neprepusten za zrak kot najbolj neprepustna plastika na trgu. Drug pomemben vidik tega polimera je njegova preprostost sinteze. Postopek, ki poteka pri sobni temperaturi, zahteva le poceni materiale, polimer pa se lahko množično proizvaja v velikih ploščah, debelih le nanometrih. Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili 2. februarja v reviji Nature.
Zadevni material se imenuje poliamid, nanizana mreža amidnih molekularnih enot (amidi so dušikove kemične skupine, vezane na kisikom vezane ogljikove atome). Med take polimere spadata kevlar, vlakno, ki se uporablja za izdelavo neprebojnih jopičev, in nomex, ognjevarna tkanina. Tako kot kevlar so tudi molekule poliamida v novem materialu med seboj povezane z vodikovimi vezmi vzdolž celotne dolžine svojih verig, kar poveča splošno trdnost materiala.
»Držijo se skupaj kot ježki,« je dejal glavni avtor Michael Strano, kemijski inženir z MIT. Raztrganje materialov ne zahteva le prekinitve posameznih molekularnih verig, temveč tudi premagovanje ogromnih medmolekularnih vodikovih vezi, ki prežemajo celoten polimerni snop.
Poleg tega lahko novi polimeri samodejno tvorijo kosmiče. Zaradi tega je material enostaven za obdelavo, saj ga je mogoče izdelati v tanke filme ali uporabiti kot površinski premaz s tankim filmom. Tradicionalni polimeri običajno rastejo kot linearne verige ali pa se večkrat razvejajo in povezujejo v treh dimenzijah, ne glede na orientacijo. Toda Stranovi polimeri rastejo na edinstven način v 2D in tvorijo nanosliste.
»Ali lahko podatke združite na list papirja? Izkazalo se je, da v večini primerov tega ne morete storiti, dokler ne opravimo našega dela,« je dejal Strano. »Torej smo našli nov mehanizem.« V tem nedavnem delu je njegova ekipa premagala oviro, da bi omogočila to dvodimenzionalno združevanje.
Razlog, zakaj imajo poliaramidi planarno strukturo, je ta, da sinteza polimerov vključuje mehanizem, imenovan avtokatalitično šabloniranje: ko se polimer podaljšuje in lepi na monomerne gradnike, rastoča polimerna mreža spodbudi nadaljnje monomere, da se združijo le v pravi smeri, da okrepijo združitev dvodimenzionalne strukture. Raziskovalci so pokazali, da lahko polimer v raztopini enostavno nanesejo na rezine in ustvarijo laminate širine enega palca, debele manj kot 4 nanometre. To je skoraj milijoninka debeline običajnega pisarniškega papirja.
Za kvantificiranje mehanskih lastnosti polimernega materiala so raziskovalci izmerili silo, potrebno za prebadanje lukenj v obešeni plošči materiala s tanko iglo. Ta poliamid je resnično trši od tradicionalnih polimerov, kot je najlon, tkanina, ki se uporablja za izdelavo padal. Presenetljivo je, da je za odvijanje tega super močnega poliamida potrebna dvakrat večja sila kot za odvijanje jekla enake debeline. Po Stranovih besedah se snov lahko uporablja kot zaščitni premaz na kovinskih površinah, kot so avtomobilski furnirji, ali kot filter za čiščenje vode. V slednji funkciji mora biti idealna filtrirna membrana tanka, a dovolj močna, da prenese visoke tlake, ne da bi pri tem v našo končno zalogo puščala majhne, nadležne onesnaževalce – kar je popolno za ta poliamidni material.
Strano upa, da bo v prihodnosti metodo polimerizacije razširil na različne polimere, ki presegajo ta kevlarjev analog. »Polimeri so povsod okoli nas,« je dejal. »Počnejo vse.« Predstavljajte si, da bi številne različne vrste polimerov, tudi eksotične, ki lahko prevajajo elektriko ali svetlobo, spremenili v tanke filme, ki lahko prekrijejo različne površine, dodaja. »Zaradi tega novega mehanizma se morda zdaj lahko uporabljajo tudi druge vrste polimerov,« je dejal Stano.
V svetu, obkroženem s plastiko, ima družba razlog za navdušenje nad še enim novim polimerom, katerega mehanske lastnosti so vse prej kot običajne, je dejal Strano. Ta aramid je izjemno trpežen, kar pomeni, da lahko vsakdanjo plastiko, od barv do vrečk in embalaže za živila, nadomestimo z manj in močnejšimi materiali. Strano je dodal, da je s stališča trajnosti ta izjemno močan 2D polimer korak v pravo smer, da se svet osvobodi plastike.
Shi En Kim (kot jo običajno kličejo Kim) je v Maleziji rojena svobodna znanstvena pisateljica in uredniška pripravnica pri Popular Science Spring 2022. Veliko je pisala o temah, od nenavadne uporabe pajčevin – ljudi ali pajkov samih – do smetarjev v vesolju.
Boeingovo vesoljsko plovilo Starliner še ni doseglo Mednarodne vesoljske postaje, vendar so strokovnjaki optimistični glede tretjega testnega poleta.
Sodelujemo v programu Amazon Services LLC Associates Program, partnerskem oglaševalskem programu, ki nam omogoča zaslužek s povezovanjem na Amazon.com in povezana spletna mesta. Z registracijo ali uporabo tega spletnega mesta sprejemate naše pogoje storitve.
Čas objave: 19. maj 2022