Materialul care este mai rezistent decât oțelul și la fel de ușor ca plasticul. Ce conține de fapt

Folosind un nou proces de polimerizare, inginerii chimiști MIT au creat materialul care este mai rezistent decât oțelul și la fel de ușor ca plasticul și poate fi ușor fabricat în cantități mari. Cu toate că oamenii de știință considerau că este imposibil ca acest proces să aibă loc, în urma cercetărilor noul material a fost dezvoltat.

Cum a fost creat materialul care este mai rezistent ca oțelul

Noul material este un polimer bidimensional care se auto-asamblează în foi, spre deosebire de toți ceilalți polimeri, care formează lanțuri unidimensionale, asemănătoare spaghetelor. Până acum, oamenii de știință credeau că este imposibil să inducă polimerii să formeze foi 2D. Un astfel de material ar putea fi folosit ca un strat ușor și durabil pentru piese auto sau telefoane mobile sau ca material de construcție pentru poduri sau alte structuri, spune Michael Strano, profesor de inginerie chimică Carbon P. Dubbs la MIT și autor principal al lucrării. noul studiu.

„De obicei nu ne gândim la plastic ca fiind ceva pe care l-ați putea folosi pentru a susține o clădire, dar cu acest material, puteți face lucruri noi. Are proprietăți foarte neobișnuite și suntem foarte încântați de asta”, spune el.

Știri din lume

Dovada că Charlie Chaplin a fost ROMÂN! Cum a devenit prieten cu Ana Aslan

Știri din lume

10 locuri din Maramureș pe care trebuie să le vizitezi. Localnicii își respectă, cu sfințenie,...

Cercetătorii au depus două brevete privind procesul pe care l-au folosit pentru a genera materialul, pe care îl descriu într-o lucrare apărută astăzi în Nature. Postdoctoratul MIT Yuwen Zeng este autorul principal al studiului.

Polimerii, care includ toate materialele plastice, constau din lanțuri de blocuri de construcție numite monomeri. Aceste lanțuri cresc prin adăugarea de noi molecule la capete. Odată formați, polimerii pot fi modelați în obiecte tridimensionale, cum ar fi sticle de apă, folosind turnarea prin injecție.

Oamenii de știință în domeniul polimerilor au emis de multă vreme ipoteza că, dacă polimerii ar putea fi induși să crească într-o foaie bidimensională, ar trebui să formeze materiale extrem de rezistente și ușoare. Cu toate acestea, multe decenii de muncă în acest domeniu au condus la concluzia că este imposibil să se creeze astfel de foi. Un motiv pentru aceasta a fost că, dacă doar un monomer se rotește în sus sau în jos, în afara planului foii de creștere, materialul va începe să se extindă în trei dimensiuni și structura asemănătoare foii se va pierde.

Noul proces de polimerizare a fost un real succes

Cu toate acestea, în noul studiu, Strano și colegii săi au venit cu un nou proces de polimerizare care le permite să genereze o foaie bidimensională numită poliaramidă. Pentru blocurile monomerice, ei folosesc un compus numit melamină, care conține un inel de atomi de carbon și azot. În condițiile potrivite, acești monomeri pot crește în două dimensiuni, formând discuri. Aceste discuri se stivuiesc unul peste altul, ținute împreună prin legături de hidrogen între straturi, care fac structura foarte stabilă și puternică.

„În loc să facem o moleculă asemănătoare spaghetelor, putem face un plan molecular asemănător unei foi, unde obținem ca moleculele să se unească împreună în două dimensiuni. Acest mecanism se întâmplă spontan în soluție și, după ce sintetizăm materialul, putem acoperi cu ușurință peliculele subțiri care sunt extraordinar de puternice”, spune Strano.

Deoarece materialul se autoasamblează în soluție, se poate realiza în cantități mari prin simpla creștere a cantității de materii prime. Cercetătorii au arătat că ar putea acoperi suprafețele cu bucăți din material, pe care le numesc 2DPA-1.

Cercetătorii au descoperit că modulul de elasticitate al noului material, o măsură a forței necesare pentru a deforma un material, este între patru și șase ori mai mare decât cel al sticlei antiglonț. Ei au descoperit, de asemenea, că forța sa de curgere, sau cât de multă forță este necesară pentru a sparge materialul, este de două ori mai mare decât cea a oțelului, chiar dacă materialul are doar aproximativ o șesime din densitatea oțelului.

O altă caracteristică cheie a 2DPA-1 este că este impermeabil la gaze. În timp ce alți polimeri sunt fabricați din lanțuri spiralate cu goluri care permit gazelor să treacă, noul material este fabricat din monomeri care se blochează împreună ca LEGO-urile, iar moleculele nu pot intra între ei.

„Acest lucru ne-ar putea permite să creăm acoperiri ultrasubțiri care pot împiedica complet trecerea apei sau a gazelor. Acest tip de acoperire de barieră ar putea fi folosit pentru a proteja metalul din mașini și alte vehicule sau structuri din oțel”, spune Strano.

Strano și studenții săi studiază acum mai în detaliu modul în care acest polimer particular este capabil să formeze foi 2D și experimentează schimbând structura moleculară pentru a crea alte tipuri de materiale noi. Cercetarea a fost finanțată de Centrul pentru Transport Nanofluidic Îmbunătățit (CENT), un Centru de Cercetare a Frontierei Energetice, sponsorizat de Biroul de Știință al Departamentului Energiei din SUA și Laboratorul de Cercetare al Armatei.