Bilim insanları, çeliğe eşdeğer, güçlü ancak ağır olmayan bir plastik ürettiler. Kimyagerlerin bazen polimer olarak adlandırdığı plastikler, monomer adı verilen kısa tekrarlayan birimlerden oluşan uzun zincirli moleküller sınıfıdır. Aynı mukavemete sahip önceki polimerlerin aksine, yeni malzeme yalnızca membran formunda bulunuyor. Ayrıca piyasadaki en geçirimsiz plastikten 50 kat daha hava geçirmez. Bu polimerin bir diğer önemli özelliği ise sentezinin basitliğidir. Oda sıcaklığında gerçekleşen işlem, yalnızca ucuz malzemeler gerektirir ve polimer, yalnızca nanometre kalınlığında büyük levhalar halinde seri üretilebilir. Araştırmacılar bulgularını 2 Şubat'ta Nature dergisinde yayınladılar.
Söz konusu malzeme, amid moleküler birimlerinin (amidler, oksijenle bağlanmış karbon atomlarına bağlı azot kimyasal gruplarıdır) iplik benzeri bir ağı olan poliamid olarak adlandırılır. Bu tür polimerler arasında kurşun geçirmez yelek yapımında kullanılan bir elyaf olan Kevlar ve yangına dayanıklı bir kumaş olan Nomex bulunur. Kevlar gibi, yeni malzemedeki poliamid molekülleri de zincirlerinin tüm uzunluğu boyunca hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanır; bu da malzemenin genel mukavemetini artırır.
MIT kimya mühendisi ve çalışmanın baş yazarı Michael Strano, "Cırt cırt gibi birbirlerine yapışıyorlar" dedi. Malzemeleri yırtmak, yalnızca tek tek moleküler zincirleri kırmayı değil, aynı zamanda tüm polimer demetini saran devasa moleküller arası hidrojen bağlarının üstesinden gelmeyi de gerektirir.
Ek olarak, yeni polimerler otomatik olarak pullar oluşturabiliyor. Bu da malzemenin işlenmesini kolaylaştırıyor, çünkü ince filmler haline getirilebiliyor veya ince film yüzey kaplaması olarak kullanılabiliyor. Geleneksel polimerler, yönelimden bağımsız olarak doğrusal zincirler halinde büyümeye veya üç boyutlu olarak tekrar tekrar dallanıp bağlanmaya eğilimlidir. Ancak Strano'nun polimerleri, nano tabakalar oluşturmak için benzersiz bir şekilde 2 boyutlu olarak büyüyor.
“Bir kağıt parçası üzerinde toplama işlemi yapabilir misiniz? Çoğu durumda, bizim çalışmamıza kadar bunu yapamazsınız,” dedi Strano. “Bu yüzden yeni bir mekanizma bulduk.” Bu son çalışmada, ekibi bu iki boyutlu toplama işlemini mümkün kılmak için bir engeli aştı.
Poliaramidlerin düzlemsel bir yapıya sahip olmasının nedeni, polimer sentezinin otokatalitik şablonlama adı verilen bir mekanizma içermesidir: polimer uzadıkça ve monomer yapı taşlarına yapıştıkça, büyüyen polimer ağı, sonraki monomerlerin yalnızca doğru yönde birleşmesini sağlayarak iki boyutlu yapının birliğini güçlendirir. Araştırmacılar, polimeri çözelti halinde kolayca plakalara kaplayarak, 4 nanometreden daha ince, bir inç genişliğinde laminatlar oluşturabildiklerini gösterdiler. Bu, normal ofis kağıdının kalınlığının neredeyse milyonda biridir.
Polimer malzemenin mekanik özelliklerini ölçmek için araştırmacılar, ince bir iğneyle askıya alınmış bir malzeme tabakasında delik açmak için gereken kuvveti ölçtüler. Bu poliamid, paraşüt yapımında kullanılan naylon gibi geleneksel polimerlerden gerçekten daha serttir. Dikkat çekici bir şekilde, bu süper güçlü poliamidi sökmek için aynı kalınlıktaki çeliğe göre iki kat daha fazla kuvvet gerekiyor. Strano'ya göre, bu madde araba kaplamaları gibi metal yüzeylerde koruyucu kaplama olarak veya suyu arıtmak için filtre olarak kullanılabilir. İkinci işlevde, ideal filtre membranı ince ancak küçük, rahatsız edici kirleticileri nihai tedarikimize sızdırmadan yüksek basınçlara dayanacak kadar güçlü olmalıdır - bu poliamid malzeme için mükemmel bir uyum.
Strano, gelecekte bu polimerizasyon yöntemini Kevlar benzeri polimerin ötesinde farklı polimerlere de genişletmeyi umuyor. "Polimerler her yerde," dedi. "Her şeyi yapıyorlar." Elektrik veya ışık iletebilen egzotik polimerler de dahil olmak üzere birçok farklı polimer türünü, çeşitli yüzeyleri kaplayabilen ince filmlere dönüştürmeyi hayal edin, diye ekledi. "Bu yeni mekanizma sayesinde, belki de artık başka tür polimerler de kullanılabilir," dedi Strano.
Plastiklerle çevrili bir dünyada, toplumun mekanik özellikleri sıradışı olan yeni bir polimerden heyecan duymasının bir nedeni var, dedi Strano. Bu aramid son derece dayanıklı, bu da boyalardan poşetlere ve gıda ambalajlarına kadar günlük plastikleri daha az ve daha güçlü malzemelerle değiştirebileceğimiz anlamına geliyor. Strano, sürdürülebilirlik açısından bakıldığında, bu süper güçlü 2 boyutlu polimerin dünyayı plastikten kurtarmak için doğru yönde atılmış bir adım olduğunu da ekledi.
Shi En Kim (genellikle Kim olarak anılır), Malezya doğumlu serbest çalışan bir bilim yazarı ve Popular Science dergisinin 2022 Bahar sayısında editörlük stajyeri olarak görev yapmıştır. Örümcek ağlarının (insanlar veya örümceklerin kendileri) tuhaf kullanımlarından uzaydaki çöp toplayıcılarına kadar çeşitli konularda kapsamlı yazılar yazmıştır.
Boeing'in Starliner uzay aracı henüz Uluslararası Uzay İstasyonu'na ulaşamadı, ancak uzmanlar üçüncü bir test uçuşu konusunda iyimser.
Biz, Amazon.com ve bağlı sitelere bağlantı vererek ücret kazanmamızı sağlayan bir ortaklık reklam programı olan Amazon Services LLC Ortaklık Programı'na katılıyoruz. Bu siteye kayıt olmak veya siteyi kullanmak, Hizmet Şartlarımızı kabul ettiğiniz anlamına gelir.
Yayın tarihi: 19 Mayıs 2022