Ученые создали пластик, эквивалентный стали — прочный, но не тяжелый. Пластмассы, которые химики иногда называют полимерами, представляют собой класс длинноцепочечных молекул, состоящих из коротких повторяющихся звеньев, называемых мономерами. поставляется в форме мембраны. Он также в 50 раз более воздухонепроницаем, чем самый непроницаемый пластик на рынке. Еще одним важным аспектом этого полимера является его простота синтеза. Процесс, который происходит при комнатной температуре, требует только дешевых материалов, а полимер может производиться серийно в виде больших листов толщиной всего нанометры. Исследователи сообщают о своих выводах 2 февраля в журнале Nature.
Материал, о котором идет речь, называется полиамидом, представляющим собой нитевидную сеть амидных молекулярных единиц (амиды представляют собой химические группы азота, присоединенные к атомам углерода, связанным с кислородом). прочная ткань. Как и кевлар, молекулы полиамида в новом материале связаны друг с другом водородными связями по всей длине их цепей, что повышает общую прочность материала.
«Они слипаются, как липучки», — сказал ведущий автор Майкл Страно, инженер-химик из Массачусетского технологического института. Разрыв материалов требует не только разрыва отдельных молекулярных цепей, но и преодоления гигантских межмолекулярных водородных связей, которые пронизывают весь полимерный пучок.
Кроме того, новые полимеры могут автоматически образовывать чешуйки. Это упрощает обработку материала, поскольку из него можно сделать тонкие пленки или использовать его в качестве тонкопленочного поверхностного покрытия. Традиционные полимеры имеют тенденцию расти в виде линейных цепей или многократно разветвляться и связываться в трех измерениях, независимо от ориентации. Но полимеры Strano уникальным образом растут в 2D, образуя нанолисты.
«Можете ли вы суммировать на листе бумаги?Оказывается, в большинстве случаев вы не сможете этого сделать, пока не проработаете», — сказал Страно. «Итак, мы нашли новый механизм».В этой недавней работе его команда преодолела препятствие, чтобы сделать возможной двумерную агрегацию.
Причина, по которой полиарамиды имеют плоскую структуру, заключается в том, что синтез полимера включает в себя механизм, называемый автокаталитическим шаблонированием: по мере того, как полимер удлиняется и прилипает к мономерным строительным блокам, растущая полимерная сеть побуждает последующие мономеры объединяться только в правильном направлении, чтобы укрепить союз мономеров. двумерная структура. Исследователи продемонстрировали, что они могут легко наносить полимер в растворе на пластины для создания ламинатов шириной менее 4 нанометров. Это почти одна миллионная толщина обычной офисной бумаги.
Чтобы количественно оценить механические свойства полимерного материала, исследователи измерили усилие, необходимое для того, чтобы проделать отверстия в подвешенном листе материала с помощью тонкой иглы. Этот полиамид действительно жестче, чем традиционные полимеры, такие как нейлон, ткань, используемая для изготовления парашютов. для откручивания этого сверхпрочного полиамида требуется в два раза больше усилий, чем для стали той же толщины. По словам Страно, это вещество можно использовать в качестве защитного покрытия на металлических поверхностях, таких как автомобильный шпон, или в качестве фильтра для очистки воды. В последней функции идеальная фильтрующая мембрана должна быть тонкой, но достаточно прочной, чтобы выдерживать высокое давление без утечки мелких неприятных загрязнителей в наш конечный продукт — идеально подходит для этого полиамидного материала.
В будущем Страно надеется распространить метод полимеризации на другие полимеры, помимо этого аналога кевлара. «Полимеры окружают нас повсюду, — сказал он. — Они делают все».Представьте себе превращение многих различных видов полимеров, даже экзотических, которые могут проводить электричество или свет, в тонкие пленки, которые могут покрывать различные поверхности, добавляет он. «Из-за этого нового механизма, возможно, теперь можно использовать другие виды полимеров». — сказал Стано.
По словам Страно, в мире, окруженном пластиком, у общества есть причины быть в восторге от еще одного нового полимера, механические свойства которого далеки от обычных. с меньшим количеством более прочных материалов.Страно добавил, что с точки зрения устойчивости этот сверхпрочный 2D-полимер является шагом в правильном направлении, чтобы освободить мир от пластика.
Ши Эн Ким (как ее обычно называют Ким) — независимый научный писатель малайзийского происхождения и стажер редактора Popular Science Spring 2022. Она много писала на самые разные темы — от причудливого использования паутины — людьми или самими пауками — до сборщиков мусора. в космическом пространстве.
Космический корабль Boeing Starliner еще не достиг Международной космической станции, но эксперты с оптимизмом смотрят на третий испытательный полет.
Мы являемся участником партнерской программы Amazon Services LLC, партнерской рекламной программы, предназначенной для предоставления нам возможности зарабатывать комиссионные, размещая ссылки на Amazon.com и аффилированные сайты. Регистрация или использование этого сайта означает принятие наших Условий обслуживания.
Время публикации: 19 мая 2022 г.