นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างพลาสติกที่เทียบเท่ากับเหล็ก คือแข็งแรงแต่ไม่หนัก พลาสติก ซึ่งนักเคมีบางครั้งเรียกว่าพอลิเมอร์ เป็นกลุ่มของโมเลกุลสายยาวที่ประกอบด้วยหน่วยที่ซ้ำกันสั้นๆ ที่เรียกว่าโมโนเมอร์ ซึ่งแตกต่างจากพอลิเมอร์รุ่นก่อนๆ ที่มีความแข็งแรงเท่ากัน วัสดุชนิดใหม่นี้มาในรูปแบบเมมเบรนเท่านั้น และยังมีความสามารถในการปิดผนึกอากาศได้ดีกว่าพลาสติกที่ซึมผ่านได้ดีที่สุดในตลาดถึง 50 เท่า อีกลักษณะหนึ่งที่น่าสังเกตของพอลิเมอร์ชนิดนี้คือความเรียบง่ายของการสังเคราะห์ กระบวนการนี้ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง ต้องการเพียงวัสดุราคาถูก และสามารถผลิตพอลิเมอร์จำนวนมากได้เป็นแผ่นขนาดใหญ่ที่มีความหนาเพียงนาโนเมตร นักวิจัยรายงานผลการค้นพบของพวกเขาในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์
วัสดุที่เป็นประเด็นเรียกว่าโพลีเอไมด์ ซึ่งเป็นเครือข่ายของหน่วยโมเลกุลอะไมด์ที่เชื่อมต่อกันเป็นเกลียว (อะไมด์คือกลุ่มเคมีไนโตรเจนที่ติดอยู่กับอะตอมคาร์บอนที่มีพันธะออกซิเจน) โพลิเมอร์ดังกล่าวได้แก่ เคฟลาร์ ซึ่งเป็นเส้นใยที่ใช้ทำเสื้อเกราะกันกระสุน และโนเม็กซ์ ซึ่งเป็นผ้าที่ทนไฟ เช่นเดียวกับเคฟลาร์ โมเลกุลของโพลีเอไมด์ในวัสดุชนิดใหม่นี้เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนตลอดความยาวของสายโซ่ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงโดยรวมของวัสดุ
“พวกมันติดกันเหมือน Velcro” Michael Strano วิศวกรเคมีจาก MIT ซึ่งเป็นผู้เขียนหลักกล่าว การฉีกวัสดุไม่เพียงแต่ต้องทำลายโซ่โมเลกุลแต่ละสายเท่านั้น แต่ยังต้องเอาชนะพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลขนาดยักษ์ที่แทรกซึมเข้าไปในมัดโพลีเมอร์ทั้งหมดด้วย
นอกจากนี้ พอลิเมอร์ชนิดใหม่สามารถสร้างเกล็ดได้โดยอัตโนมัติ ซึ่งทำให้วัสดุนี้ง่ายต่อการประมวลผล เนื่องจากสามารถทำเป็นฟิล์มบางๆ หรือใช้เป็นสารเคลือบผิวแบบฟิล์มบางได้ พอลิเมอร์แบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะเติบโตเป็นสายเชิงเส้น หรือแตกแขนงและเชื่อมโยงกันซ้ำๆ ในสามมิติ โดยไม่คำนึงถึงทิศทาง แต่พอลิเมอร์ของ Strano เติบโตในลักษณะเฉพาะตัวใน 2 มิติเพื่อสร้างแผ่นนาโน
“คุณสามารถรวมข้อมูลลงบนกระดาษได้ไหม? ปรากฏว่าในกรณีส่วนใหญ่ คุณไม่สามารถทำได้จนกว่าเราจะได้ทำงาน” สตราโนกล่าว “ดังนั้น เราจึงพบกลไกใหม่” ในงานล่าสุดนี้ ทีมของเขาได้ก้าวข้ามอุปสรรคเพื่อทำให้การรวมข้อมูลแบบสองมิตินี้เป็นไปได้
เหตุผลที่โพลีอะราไมด์มีโครงสร้างแบบระนาบก็เพราะการสังเคราะห์โพลีเมอร์เกี่ยวข้องกับกลไกที่เรียกว่าเทมเพลตเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ เมื่อโพลีเมอร์ยาวขึ้นและเกาะติดกับหน่วยการสร้างโมโนเมอร์ เครือข่ายโพลีเมอร์ที่กำลังเติบโตจะกระตุ้นให้โมโนเมอร์ที่ตามมารวมตัวกันในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้นเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับการรวมกันของโครงสร้างสองมิติ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเคลือบโพลีเมอร์ในสารละลายลงบนเวเฟอร์ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างลามิเนตที่มีความกว้าง 1 นิ้วและมีความหนาน้อยกว่า 4 นาโนเมตร ซึ่งหนาเกือบหนึ่งในล้านของกระดาษสำนักงานทั่วไป
เพื่อวัดคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุโพลีเมอร์ นักวิจัยได้วัดแรงที่ต้องใช้ในการเจาะรูบนแผ่นวัสดุที่แขวนลอยด้วยเข็มขนาดเล็ก โพลีเอไมด์ชนิดนี้มีความแข็งมากกว่าโพลีเมอร์แบบดั้งเดิม เช่น ไนลอน ซึ่งเป็นผ้าที่ใช้ทำร่มชูชีพ ที่น่าทึ่งคือ ต้องใช้แรงมากกว่าเหล็กที่มีความหนาเท่ากันในการคลายโพลีเอไมด์ที่แข็งแรงเป็นพิเศษนี้ถึงสองเท่า Strano ระบุว่าสารนี้สามารถใช้เป็นสารเคลือบป้องกันบนพื้นผิวโลหะ เช่น แผ่นไม้อัดรถยนต์ หรือใช้เป็นตัวกรองเพื่อกรองน้ำได้ ในการทำงานหลังนี้ แผ่นกรองในอุดมคติจะต้องมีความบางแต่แข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อแรงดันสูงโดยไม่รั่วไหลของสารปนเปื้อนขนาดเล็กที่น่ารำคาญลงในแหล่งจ่ายสุดท้าย ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุโพลีเอไมด์ชนิดนี้
ในอนาคต Strano หวังที่จะขยายวิธีการพอลิเมอไรเซชันไปยังพอลิเมอร์ชนิดอื่นๆ นอกเหนือจากเคฟลาร์อะนาล็อกนี้ “พอลิเมอร์มีอยู่รอบตัวเรา” เขากล่าว “พวกมันทำได้ทุกอย่าง” ลองนึกภาพการเปลี่ยนพอลิเมอร์หลากหลายชนิด แม้แต่ชนิดแปลกใหม่ที่สามารถนำไฟฟ้าหรือแสง ให้กลายเป็นฟิล์มบางๆ ที่สามารถปกคลุมพื้นผิวได้หลากหลาย” เขากล่าวเสริม “ด้วยกลไกใหม่นี้ บางทีตอนนี้อาจจะสามารถใช้พอลิเมอร์ชนิดอื่นๆ ได้แล้ว” Stano กล่าว
ในโลกที่รายล้อมไปด้วยพลาสติก สังคมมีเหตุผลที่จะตื่นเต้นกับพอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ไม่ธรรมดาเลย Strano กล่าว อะรามิดชนิดนี้มีความทนทานเป็นอย่างยิ่ง ซึ่งหมายความว่าเราสามารถแทนที่พลาสติกในชีวิตประจำวัน ตั้งแต่สีไปจนถึงถุงและบรรจุภัณฑ์อาหาร ด้วยวัสดุที่น้อยลงแต่แข็งแรงกว่า Strano เสริมว่าจากมุมมองด้านความยั่งยืน พอลิเมอร์ 2 มิติที่แข็งแรงเป็นพิเศษนี้ถือเป็นก้าวแรกในทิศทางที่ถูกต้องในการปลดปล่อยโลกจากพลาสติก
Shi En Kim (ตามที่คนทั่วไปเรียกเธอว่า Kim) เป็นนักเขียนอิสระด้านวิทยาศาสตร์ชาวมาเลเซียและนักฝึกงานบรรณาธิการนิตยสาร Popular Science ฤดูใบไม้ผลิปี 2022 เธอเขียนบทความมากมายในหัวข้อต่างๆ ตั้งแต่การใช้ใยแมงมุมแบบแปลกๆ เช่น มนุษย์หรือแมงมุมเอง ไปจนถึงคนเก็บขยะในอวกาศ
ยานอวกาศสตาร์ไลเนอร์ของบริษัทโบอิ้งยังไม่สามารถไปถึงสถานีอวกาศนานาชาติได้ แต่ผู้เชี่ยวชาญยังคงมองในแง่ดีเกี่ยวกับเที่ยวบินทดสอบครั้งที่สาม
เราเป็นผู้เข้าร่วมในโปรแกรม Amazon Services LLC Associates ซึ่งเป็นโปรแกรมโฆษณาพันธมิตรที่ออกแบบมาเพื่อให้เราได้รับค่าธรรมเนียมจากการเชื่อมโยงไปยัง Amazon.com และไซต์ในเครือ การลงทะเบียนหรือใช้ไซต์นี้ถือเป็นการยอมรับข้อกำหนดในการให้บริการของเรา
เวลาโพสต์: 19 พฤษภาคม 2565