|
Разработан материал легче пластика и прочнее стали
|
|
|
|
Инженеры Массачусетского технологического института разработали новый сверхтонкий материал, который легче пластика, но прочнее стали. Новый материал, получивший название 2DPA-1, представляет собой двумерный полимер, который самостоятельно собирается в листы, в отличие от всех других полимеров, образующих одномерные цепочки, похожие на спагетти. До сих пор ученые считали, что заставить полимеры формировать двумерные листы невозможно. Такой материал можно использовать в качестве легкого и прочного покрытия для автомобильных деталей или сотовых телефонов, а также в качестве строительного материала для мостов или других конструкций, отмечают исследователи.
|
|
|
|
«Обычно мы не думаем о пластике как о чем-то, что можно использовать для поддержки здания, но с этим материалом вы можете создавать действительно новые вещи. У него очень необычные свойства, и мы очень этому рады», — Майкл Страно, ведущий автор разработки. Молекулы полимеров (а к ним относятся все пластмассы), состоят из «строительных блоков» — простых молекул, называемых мономерами. В процессе полимеризации блоки соединяются друг с другом, выстраиваются в одномерные цепи — порой разветвляясь и образуя сетчатые или звездчатые структуры. Впоследствии полимеры могут быть преобразованы в трехмерные объекты, такие как бутылки с водой, с помощью литья под давлением.
|
|
|
Ученые давно выдвинули гипотезу, что если бы полимеры можно было заставить вырасти в двухмерный лист, они должны были бы образовывать чрезвычайно прочные и легкие материалы. Однако все эксперименты в этой области стабильно проваливались, и в результате ученые пришли к выводу о невозможности создания таких листов. Одна из причин этого заключалась в том, что, если хотя бы один мономер отклонится от плоскости растущего листа, материал начнет расширяться в трех измерениях, и листовая структура будет утрачена.
|
|
|
|
Страно и его коллеги придумали новый процесс полимеризации, который позволяет им создавать двумерный лист, называемый полиарамидом. В качестве мономерных строительных блоков они используют соединение под названием меламин, которое содержит кольцо из атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в двух измерениях, образуя диски. Эти диски укладываются друг на друга, скрепленные водородными связями между слоями, что делает структуру очень стабильной и прочной. «Вместо того, чтобы делать молекулу, похожую на спагетти, мы можем создать пластинчатую молекулярную плоскость, где мы заставляем молекулы соединяться друг с другом в двух измерениях», — Майкл Страно.
|
|
|
|
Поскольку полимер самособирается в растворе, его можно производить в больших количествах, просто увеличивая количество исходных материалов. Исследователи обнаружили, что модуль упругости нового материала – показатель силы, необходимой для деформации материала, – в четыре-шесть раз выше, чем у пуленепробиваемого стекла. Они также выяснили, что его предел текучести, или сила, необходимая для разрушения материала, в два раза выше, чем у стали, даже несмотря на то, что материал имеет лишь одну шестую плотности стали.
|
|
|
|
Еще одной ключевой особенностью 2DPA-1 является его газонепроницаемость. В то время как другие полимеры состоят из скрученных цепочек с промежутками, через которые просачиваются газы, новый материал состоит из мономеров, которые соединяются вместе, как LEGO, и молекулы газа не могут пройти между ними. «Это позволит нам создавать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвратить проникновение воды или газов. Такой тип барьерного покрытия можно использовать для защиты металла в автомобилях и других транспортных средствах или стальных конструкций», — отмечает Страно. Авторы разработки изучают механизм 2D-полимеризации, надеясь создавать в будущем другие типы новых материалов.
|
|
|
|
Источник
|
