Нови материјал је дводимензионални полимер, направљен од меламина , који се сам склапа у листове, за разлику од свих осталих полимера, који формирају једнодимензионалне, шпагетасте ланце. До сада су научници веровали да је немогуће натерати полимере да формирају дводимензионалне листове.
Такав материјал би се могао користити као лаган, издржљив премаз за ауто делове или мобилне телефоне, или као грађевински материјал за мостове или друге структуре, каже Мајкл Страно, професор хемијског инжењерства на МИТ-у и главни аутор нове студије.
„Обично не размишљамо о пластици као о нечему што би се могло користити за подупирање зграде, али са овим материјалом можете омогућити нове ствари“, каже он. „Има веома необична својства и веома смо узбуђени због тога.“
Истраживачи су поднели два патентна захтева за процес који су користили за генерисање материјала, који описују у раду објављеном данас у часопису Nature . Постдокторант МИТ-а Јувен Зенг је главни аутор студије.
Две димензије
Полимери, који укључују све пластике, састоје се од ланаца градивних блокова који се називају мономери. Ови ланци расту додавањем нових молекула на своје крајеве. Једном формирани, полимери се могу обликовати у тродимензионалне објекте, као што су флаше за воду, коришћењем бризгања.
Научници који се баве полимерима одавно су поставили хипотезу да би, ако би се полимери могли натерати да расту у дводимензионални слој, требало да формирају изузетно јаке и лагане материјале. Међутим, многе деценије рада у овој области довеле су до закључка да је немогуће створити такве слојеве. Један од разлога за то је био тај што ако се само један мономер ротира нагоре или надоле, ван равни растућег слоја, материјал ће почети да се шири у три димензије и структура налик слоју ће бити изгубљена.
Међутим, у новој студији, Страно и његове колеге су смислили нови процес полимеризације који им омогућава да генеришу дводимензионални слој назван полиарамид. За градивне блокове мономера користе једињење названо меламин, које садржи прстен атома угљеника и азота. Под правим условима, ови мономери могу да расту у две димензије, формирајући дискове. Ови дискови се слажу један на други, држећи се заједно водоничним везама између слојева, што структуру чини веома стабилном и јаком.
„Уместо да правимо молекул налик шпагетима, можемо направити молекуларну раван налик листу, где ћемо натерати молекуле да се повежу у две димензије“, каже Страно. „Овај механизам се спонтано дешава у раствору, а након што синтетишемо материјал, можемо лако да центрифугирањем премажемо танке филмове који су изузетно јаки.“
Пошто се материјал самоорганизује у раствору, може се направити у великим количинама једноставним повећањем количине почетних материјала. Истраживачи су показали да могу да премажу површине филмовима материјала, који називају 2DPA-1.
„Овим напретком имамо планарне молекуле које ће бити много лакше обликовати у веома јак, али изузетно танак материјал“, каже Страно.
Лагана али јака
Истраживачи су открили да је модул еластичности новог материјала – мера количине силе потребне за деформацију материјала – између четири и шест пута већи од модула еластичности непробојног стакла. Такође су открили да је његова граница течења, односно количина силе потребне за ломљење материјала, двоструко већа од челика, иако материјал има само око једну шестину густине челика.
Још једна кључна карактеристика 2DPA-1 је да је непропусан за гасове. Док су други полимери направљени од спиралних ланаца са празнинама које омогућавају продирање гасова, нови материјал је направљен од мономера који се спајају попут LEGO коцкица, и молекули не могу да прођу између њих.
„Ово би нам могло омогућити да направимо ултратанке премазе који могу потпуно спречити продор воде или гасова“, каже Страно. „Ова врста заштитног премаза могла би се користити за заштиту метала у аутомобилима и другим возилима или челичних конструкција.“
Страно и његови студенти сада детаљније проучавају како овај одређени полимер може да формира 2Д листове и експериментишу са променом његовог молекуларног састава како би створили друге врсте нових материјала.
Истраживање је финансирао Центар за унапређени нанофлуидни транспорт (CENT), Истраживачки центар за енергетске границе који спонзоришу Канцеларија за науку Министарства енергетике САД и Војна истраживачка лабораторија.
Контакт за вести:
Email: [email protected] [емаил заштићен]
Тел: КСНУМКС-КСНУМКС-КСНУМКС-КСНУМКС