Wanasayansi wameunda plastiki sawa na chuma — imara lakini si nzito. Plastiki, ambazo wanakemia wakati mwingine huziita polima, ni kundi la molekuli za mnyororo mrefu zinazoundwa na vitengo vifupi vinavyojirudia vinavyoitwa monoma. Tofauti na polima za awali zenye nguvu sawa, nyenzo mpya huja tu katika umbo la utando. Pia ina hewa mara 50 zaidi kuliko plastiki isiyopitisha maji zaidi sokoni. Kipengele kingine kinachojulikana cha polima hii ni urahisi wake wa usanisi. Mchakato huo, unaofanyika kwenye halijoto ya kawaida, unahitaji vifaa vya bei nafuu pekee, na polima inaweza kuzalishwa kwa wingi katika karatasi kubwa zenye unene wa nanomita pekee. Watafiti wanaripoti matokeo yao Februari 2 katika jarida la Nature.
Nyenzo husika inaitwa poliamide, mtandao uliounganishwa wa vitengo vya molekuli vya amide (amide ni vikundi vya kemikali vya nitrojeni vilivyounganishwa na atomi za kaboni zilizounganishwa na oksijeni). Polima kama hizo ni pamoja na Kevlar, nyuzi inayotumika kutengeneza fulana zisizoweza kushika risasi, na Nomex, kitambaa kisichoshika moto. Kama Kevlar, molekuli za poliamide katika nyenzo mpya zimeunganishwa kwa kila mmoja kwa vifungo vya hidrojeni kwenye urefu wote wa minyororo yao, ambayo huongeza nguvu ya jumla ya nyenzo.
"Zinashikamana kama Velcro," alisema mwandishi mkuu Michael Strano, mhandisi wa kemikali wa MIT. Kurarua nyenzo hakuhitaji tu kuvunja minyororo ya molekuli ya mtu binafsi, bali pia kushinda vifungo vikubwa vya hidrojeni vya kati ya molekuli vinavyoenea kwenye kifurushi kizima cha polima.
Zaidi ya hayo, polima mpya zinaweza kuunda vipande kiotomatiki. Hii hurahisisha usindikaji wa nyenzo, kwani inaweza kutengenezwa kuwa filamu nyembamba au kutumika kama mipako ya uso wa filamu nyembamba. Polima za kitamaduni huwa hukua kama minyororo ya mstari, au matawi na viungo mara kwa mara katika vipimo vitatu, bila kujali mwelekeo. Lakini polima za Strano hukua kwa njia ya kipekee katika 2D ili kuunda nanosheets.
"Je, mnaweza kukusanya taarifa kwenye karatasi? Inageuka, katika hali nyingi, huwezi kufanya hivyo hadi kazi yetu ifanyike," Strano alisema. "Kwa hivyo, tulipata utaratibu mpya." Katika kazi hii ya hivi karibuni, timu yake ilishinda kikwazo ili kuwezesha mkusanyiko huu wa pande mbili.
Sababu ya poliaramidi kuwa na muundo wa sayari ni kwamba usanisi wa polima unahusisha utaratibu unaoitwa kiotomatiki cha kiotomatiki: kadri polima inavyorefuka na kushikamana na vitalu vya ujenzi vya monoma, mtandao unaokua wa polima hushawishi monoma zinazofuata Kuchanganya katika mwelekeo sahihi tu ili kuimarisha muungano wa muundo wa pande mbili. Watafiti walionyesha kuwa wangeweza kupaka polima kwa urahisi katika myeyusho kwenye wafers ili kuunda laminate zenye upana wa inchi chini ya unene wa nanomita 4. Hiyo ni karibu unene wa milioni moja wa karatasi ya kawaida ya ofisi.
Ili kupima sifa za kiufundi za nyenzo za polima, watafiti walipima nguvu inayohitajika kutoboa mashimo kwenye karatasi iliyoning'inizwa kwa kutumia sindano nyembamba. Poliamide hii ni ngumu zaidi kuliko polima za kitamaduni kama nailoni, kitambaa kinachotumika kutengeneza parachuti. Cha kushangaza, inachukua nguvu mara mbili zaidi kufungua poliamide hii yenye nguvu sana kuliko chuma chenye unene sawa. Kulingana na Strano, dutu hii inaweza kutumika kama mipako ya kinga kwenye nyuso za chuma, kama vile veneers za gari, au kama kichujio cha kusafisha maji. Katika kazi ya mwisho, utando bora wa kichujio unahitaji kuwa mwembamba lakini wenye nguvu ya kutosha kuhimili shinikizo kubwa bila kuvuja uchafu mdogo, unaosumbua kwenye ugavi wetu wa mwisho - unaofaa kabisa kwa nyenzo hii ya poliamide.
Katika siku zijazo, Strano inatarajia kupanua mbinu ya upolimishaji hadi polima tofauti zaidi ya analogi hii ya Kevlar. "Polima zinatuzunguka," alisema. "Zinafanya kila kitu." Hebu fikiria kugeuza aina nyingi tofauti za polima, hata zile za kigeni ambazo zinaweza kuendesha umeme au mwanga, kuwa filamu nyembamba ambazo zinaweza kufunika nyuso mbalimbali, anaongeza. "Kwa sababu ya utaratibu huu mpya, labda aina zingine za polima sasa zinaweza kutumika," Stano alisema.
Katika ulimwengu unaozungukwa na plastiki, jamii ina sababu ya kufurahishwa na polima nyingine mpya ambayo sifa zake za kiufundi si za kawaida, Strano alisema. Aramid hii ni ya kudumu sana, kumaanisha tunaweza kubadilisha plastiki za kila siku, kuanzia rangi hadi mifuko hadi vifungashio vya chakula, na vifaa vichache na vyenye nguvu zaidi. Strano aliongeza kuwa kwa mtazamo wa uendelevu, polima hii ya 2D yenye nguvu sana ni hatua katika mwelekeo sahihi wa kuikomboa dunia kutokana na plastiki.
Shi En Kim (kama anavyoitwa Kim) ni mwandishi wa sayansi huru aliyezaliwa Malaysia na mwanafunzi wa uhariri wa Popular Science Spring 2022. Ameandika kwa kina kuhusu mada kuanzia matumizi ya ajabu ya utando wa buibui—wanadamu au buibui wenyewe—hadi wakusanyaji taka angani.
Chombo cha anga cha Boeing cha Starliner bado hakijafika Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu, lakini wataalamu wana matumaini kuhusu safari ya tatu ya majaribio.
Sisi ni washiriki katika Programu ya Washirika wa Amazon Services LLC, programu ya matangazo ya washirika iliyoundwa ili kutoa njia kwetu kupata ada kwa kuunganisha kwenye Amazon.com na tovuti zinazohusiana. Kusajili au kutumia tovuti hii kunamaanisha kukubali Sheria na Masharti yetu ya Huduma.
Muda wa chapisho: Mei-19-2022