Новы матэрыял — гэта двухмерны палімер, выраблены з меламіну , які самазбіраецца ў лісты, у адрозненне ад усіх іншых палімераў, якія ўтвараюць аднамерныя ланцужкі, падобныя на спагецці. Да гэтага часу навукоўцы лічылі, што немагчыма прымусіць палімеры ўтвараць двухмерныя лісты.
Такі матэрыял можна выкарыстоўваць у якасці лёгкага і трывалага пакрыцця для аўтамабільных дэталяў або мабільных тэлефонаў, альбо ў якасці будаўнічага матэрыялу для мастоў або іншых збудаванняў, кажа Майкл Страно, прафесар хімічнай інжынерыі імя Карбона П. Дабса ў Масачусецкім тэхналагічным інстытуце і старэйшы аўтар новага даследавання.
«Звычайна мы не думаем пра пластык як пра нешта, што можна выкарыстоўваць для падтрымкі будынка, але з дапамогай гэтага матэрыялу можна ствараць новыя рэчы», — кажа ён. «Ён мае вельмі незвычайныя ўласцівасці, і мы вельмі рады гэтаму».
Даследчыкі падалі дзве заяўкі на патэнты на працэс, які яны выкарысталі для атрымання матэрыялу, які яны апісваюць у артыкуле, апублікаваным сёння ў часопісе Nature . Постдоктар Масачусецкага тэхналагічнага інстытута Юйвэнь Цзэн з'яўляецца вядучым аўтарам даследавання.
Два вымярэнні
Палімеры, да якіх адносяцца ўсе пластмасы, складаюцца з ланцугоў будаўнічых блокаў, якія называюцца манамерамі. Гэтыя ланцугі растуць шляхам дадання новых малекул на іх канцы. Пасля ўтварэння палімерам можна надаць трохмерную форму, напрыклад, бутэлькам для вады, з дапамогай ліцця пад ціскам.
Навукоўцы, якія вывучаюць палімеры, даўно выказвалі гіпотэзу, што калі б палімеры можна было прымусіць іх расці ў двухмерны ліст, яны павінны ўтвараць надзвычай трывалыя і лёгкія матэрыялы. Аднак шматлікія дзесяцігоддзі працы ў гэтай галіне прывялі да высновы, што стварыць такія лісты немагчыма. Адной з прычын гэтага было тое, што калі толькі адзін манамер павярнецца ўверх або ўніз, па-за плоскасцю расце ліста, матэрыял пачне пашырацца ў трох вымярэннях, і лістападобная структура будзе страчана.
Аднак у новым даследаванні Страно і яго калегі распрацавалі новы працэс палімерызацыі, які дазваляе ім ствараць двухмерны ліст пад назвай поліарамід. У якасці манамерных будаўнічых блокаў яны выкарыстоўваюць злучэнне пад назвай меламін, якое змяшчае кольца з атамаў вугляроду і азоту. Пры пэўных умовах гэтыя манамеры могуць расці ў двух вымярэннях, утвараючы дыскі. Гэтыя дыскі складаюцца адзін на аднаго, утрымліваючыся разам вадароднымі сувязямі паміж пластамі, што робіць структуру вельмі стабільнай і трывалай.
«Замест таго, каб ствараць малекулу, падобную на спагецці, мы можам стварыць малекулярную плоскасць, падобную на ліст, дзе малекулы злучаюцца разам у двух вымярэннях», — кажа Страно. «Гэты механізм адбываецца спантанна ў растворы, і пасля таго, як мы сінтэзуем матэрыял, мы можам лёгка наносіць на яго тонкія плёнкі, якія з'яўляюцца надзвычай трывалымі».
Паколькі матэрыял самазбіраецца ў растворы, яго можна вырабляць у вялікіх колькасцях, проста павялічваючы колькасць зыходных матэрыялаў. Даследчыкі паказалі, што яны могуць пакрываць паверхні плёнкамі матэрыялу, які яны назвалі 2DPA-1.
«Дзякуючы гэтаму прагрэсу ў нас ёсць плоскія малекулы, якія будзе значна лягчэй ператварыць у вельмі трывалы, але надзвычай тонкі матэрыял», — кажа Страно.
Лёгкі, але моцны
Даследчыкі выявілі, што модуль пругкасці новага матэрыялу — паказчык сілы, неабходнай для дэфармацыі матэрыялу — у чатыры-шэсць разоў вышэйшы, чым у куленепрабівальнага шкла. Яны таксама выявілі, што яго мяжа цякучасці, або сіла, неабходная для разбурэння матэрыялу, удвая вышэйшая, чым у сталі, нягледзячы на тое, што шчыльнасць матэрыялу складае толькі каля адной шостай часткі ад шчыльнасці сталі.
Яшчэ адна ключавая асаблівасць 2DPA-1 — яго непранікальнасць для газаў. У той час як іншыя палімеры вырабляюцца са спіральных ланцугоў з прамежкамі, якія дазваляюць газам прасочвацца, новы матэрыял складаецца з манамераў, якія злучаюцца разам, як LEGO, і малекулы не могуць прайсці паміж імі.
«Гэта можа дазволіць нам ствараць ультратонкія пакрыцці, якія цалкам прадухіляюць пранікненне вады ці газаў», — кажа Страно. «Такі тып бар'ернага пакрыцця можна выкарыстоўваць для абароны металу ў аўтамабілях і іншых транспартных сродках, а таксама сталёвых канструкцый».
Страно і яго студэнты зараз больш падрабязна вывучаюць, як гэты канкрэтны палімер здольны ўтвараць 2D-лісты, і эксперыментуюць са змяненнем яго малекулярнага складу для стварэння іншых тыпаў новых матэрыялаў.
Даследаванне фінансавалася Цэнтрам палепшанага нанавадкаснага транспарту (CENT), Даследчым цэнтрам энергетычных межаў, які спансуецца Упраўленнем навукі Міністэрства энергетыкі ЗША і Даследчай лабараторыяй арміі ЗША.
Навіны Кантакт:
E-mail: [электронная пошта абаронена]
Tel: +86-28-8411-1861