Naukowcy stworzyli tworzywo sztuczne odpowiadające stali — mocne, ale nie ciężkie. Tworzywa sztuczne, które chemicy czasami nazywają polimerami, to klasa długołańcuchowych cząsteczek składających się z krótkich powtarzających się jednostek zwanych monomerami. W przeciwieństwie do poprzednich polimerów o tej samej wytrzymałości, nowy materiał występuje w postaci membrany. Jest również 50 razy bardziej szczelny niż najbardziej nieprzepuszczalny plastik na rynku. Kolejnym godnym uwagi aspektem tego polimeru jest jego prostota syntezy. Proces, który odbywa się w temperaturze pokojowej, wymaga jedynie tanich materiałów, a polimer może być produkowany masowo w dużych arkuszach o grubości zaledwie nanometrów. Naukowcy opisują swoje odkrycia 2 lutego w czasopiśmie Nature.
Materiał, o którym mowa, to poliamid, splątana sieć amidowych jednostek molekularnych (amidy to azotowe grupy chemiczne przyłączone do atomów węgla związanych z tlenem). Do takich polimerów należą Kevlar, włókno używane do produkcji kamizelek kuloodpornych oraz Nomex, materiał ognioodporny wytrzymała tkanina. Podobnie jak kevlar, cząsteczki poliamidu w nowym materiale są połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi na całej długości ich łańcuchów, co zwiększa ogólną wytrzymałość materiału.
„Trzymają się razem jak rzepy” – powiedział główny autor Michael Strano, inżynier chemik z MIT. Rozdzieranie materiałów wymaga nie tylko rozerwania poszczególnych łańcuchów molekularnych, ale także pokonania gigantycznych międzycząsteczkowych wiązań wodorowych, które przenikają całą wiązkę polimeru.
Ponadto nowe polimery mogą automatycznie tworzyć płatki. Ułatwia to obróbkę materiału, ponieważ można go przetwarzać w cienkie warstwy lub stosować jako cienkowarstwową powłokę powierzchniową. Tradycyjne polimery mają tendencję do wzrostu w postaci liniowych łańcuchów lub wielokrotnie rozgałęziających się i połączenie w trzech wymiarach, niezależnie od orientacji. Ale polimery Strano rosną w unikalny sposób w 2D, tworząc nanocząsteczki.
„Czy można zsumować na kartce papieru?Okazuje się, że w większości przypadków nie możesz tego zrobić, dopóki nie zaczniemy pracować” – powiedział Strano. „Znaleźliśmy więc nowy mechanizm”.W tej ostatniej pracy jego zespół pokonał przeszkodę, aby umożliwić tę dwuwymiarową agregację.
Powodem, dla którego poliaramidy mają płaską strukturę, jest to, że synteza polimerów obejmuje mechanizm zwany szablonowaniem autokatalitycznym: gdy polimer wydłuża się i przykleja do bloków budulcowych monomeru, rosnąca sieć polimerowa indukuje kolejne monomery do łączenia się tylko we właściwym kierunku, aby wzmocnić połączenie dwuwymiarowej struktury. Naukowcy wykazali, że mogą z łatwością pokryć roztworem polimeru płytki, tworząc laminaty o szerokości cala i grubości mniejszej niż 4 nanometry. To prawie jedna milionowa grubości zwykłego papieru biurowego.
Aby określić ilościowo właściwości mechaniczne materiału polimerowego, naukowcy zmierzyli siłę potrzebną do przebicia cienką igłą otworów w zawieszonym arkuszu materiału. Ten poliamid jest rzeczywiście sztywniejszy niż tradycyjne polimery, takie jak nylon, tkanina używana do produkcji spadochronów. odkręcenie tego super mocnego poliamidu wymaga dwukrotnie większej siły niż stali o tej samej grubości. Według Strano substancja może być stosowana jako powłoka ochronna na powierzchniach metalowych, takich jak okleiny samochodowe, lub jako filtr do oczyszczania wody. W przypadku tej drugiej funkcji idealna membrana filtracyjna musi być cienka, ale wystarczająco mocna, aby wytrzymać wysokie ciśnienie bez wycieku małych, uciążliwych zanieczyszczeń do naszej końcowej dostawy – idealne dopasowanie do tego materiału poliamidowego.
W przyszłości Strano ma nadzieję rozszerzyć metodę polimeryzacji na inne polimery niż ten analog kevlaru. „Polimery są wszędzie wokół nas” – powiedział. „Zrobią wszystko”.Wyobraź sobie przekształcanie wielu różnych rodzajów polimerów, nawet tych egzotycznych, które mogą przewodzić prąd lub światło, w cienkie warstwy, które mogą pokrywać różne powierzchnie – dodaje. — powiedział Stano.
W świecie otoczonym tworzywami sztucznymi społeczeństwo ma powody, by ekscytować się kolejnym nowym polimerem, którego właściwości mechaniczne są zupełnie inne niż zwykłe, powiedział Strano. Ten aramid jest niezwykle trwały, co oznacza, że możemy zastąpić tworzywa sztuczne codziennego użytku, od farb po torby i opakowania do żywności, z mniejszej liczby i mocniejszych materiałów.Strano dodał, że z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju ten super mocny polimer 2D to krok we właściwym kierunku, aby uwolnić świat od plastiku.
Shi En Kim (jak zwykle nazywa się ją Kim) jest urodzoną w Malezji niezależną pisarką naukową i stażystką w redakcji Popular Science Spring 2022. Jest autorką obszernych tekstów na różne tematy, od dziwacznych zastosowań pajęczyn — ludzi lub samych pająków — po zbieraczy śmieci W przestrzeni kosmicznej.
Statek kosmiczny Starliner Boeinga jeszcze nie dotarł na Międzynarodową Stację Kosmiczną, ale eksperci są optymistami co do trzeciego lotu testowego.
Jesteśmy uczestnikiem programu Amazon Services LLC Associates Program, programu reklam partnerskich, którego celem jest umożliwienie nam zarabiania opłat poprzez tworzenie linków do Amazon.com i powiązanych witryn. Rejestracja lub korzystanie z tej witryny oznacza akceptację naszych Warunków korzystania z usługi.
Czas postu: 19 maja 2022 r