Инженеры Массачусетского технологического института разработали новый сверхтонкий материал, который легче пластика, но прочнее стали. Прочный материал можно использовать в транспортных средствах или электронике, и в нем используется технология производства, которая ранее считалась невозможной.
Полимеры — это универсальные материалы, наиболее известными примерами которых, пожалуй, являются пластмассы. Под микроскопом полимеры обычно выглядят как изогнутые нити, одно-мерные цепочки звеньев, называемых мономерами, но их можно превратить в трехмерные формы с помощью таких производственных методов, как литье под давлением.
Однако заставить полимеры связываться друг с другом с образованием двумерных листов оказалось на удивление сложно. Хотя некоторые команды добились определенного успеха, полученные материалы имеют недостатки, которые снижают их прочность или другие желаемые свойства.
Но для нового исследования, ученые Массачусетского технологического института говорят, что они разработали новый метод производства, который позволяет полимерам формировать 2D-листы, сохраняя при этом свою прочность. Команда начала с меламина в качестве мономера, который имеет структуру углеродных и азотных колец. В растворе, находящемся в правильных условиях, эти молекулы растут вбок в форме дисков, которые затем укладываются друг на друга, а водородные связи удерживают слои вместе.
«Вместо того, чтобы делать спагетти-подобную молекулу, мы можем сделать листо-подобную молекулярную плоскость, где мы заставляем молекулы соединяться друг с другом в двух измерениях», — сказал Майкл Страно, старший автор исследования. «Этот механизм происходит спонтанно в растворе, и после того, как мы синтезируем материал, мы можем легко создавать центрифугированием тонкие пленки, которые обладают необычайной прочностью».
Команда называет материал 2DPA-1, и он обладает несколькими впечатляющими свойствами. Несмотря на то, что полимер очень тонкий и очень легкий, его предел текучести в два раза выше, чем у стали, и для его деформации требуется в шесть раз больше силы, чем для пуленепробиваемого стекла. Он также полностью непроницаем для газов и жидкостей.
Обладая такими способностями, 2DPA-1 может стать очень легким, долговременно прочным, водонепроницаемым покрытием для транспортных средств, электронных устройств, таких как смартфоны и тому подобное, или даже использоваться в качестве строительного материала.
«Обычно мы не думаем о пластике как о чем-то, что можно использовать для поддержки строения, но с этим материалом вы можете создавать новые вещи», — сказал Страно. «У него очень необычные свойства, и мы очень этому рады».
Команда говорит, что метод производства легко масштабируется и может быть изменен для изготовления других типов материалов.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: MIT
