O invenție considerată imposibilă până acum. Cercetătorii au creat un material mai puternic decât oțelul
Inginerii au realizat un noul material, un polimer bidimensional care se asamblează în foi și ar putea fi folosit ca un strat de acoperire ușor și durabil pentru piese de mașini sau telefoane mobile, sau ca material de construcție pentru poduri sau alte structuri.
Folosind un proces de polimerizare nou, cercetătorii de la MIT au creat un material care este mai rezistent decât oțelul, dar la fel de ușor ca plasticul și care poate fi fabricat cu ușurință în cantități mari.
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 ca polimerii să formeze foi 2D.
Cum am putea utiliza noul material?
„Un astfel de material ar putea fi folosit ca un strat de acoperire ușor și durabil pentru piesele auto sau telefoanele mobile, sau ca material de construcție pentru poduri sau alte structuri”, spune Michael Strano, profesor Carbon P. Dubbs de inginerie chimică la MIT și autor principal al noului studiu. Cercetătorii descriu întregul proces într-o lucrare apărută în Nature.
Polimerii, care includ toate materialele plastice, sunt formați din lanțuri de monomeri. Aceste lanțuri cresc prin adăugarea de noi molecule la capetele lor. Odată formați, polimerii pot fi modelați în obiecte tridimensionale, cum ar fi sticlele de apă pe care le folosim zilnic.
Oamenii de știință au emis de mult timp ipoteza că, dacă polimerii ar putea crește într-o foaie bidimensională, ar trebui să formeze materiale extrem de rezistente și ușoare. Cu toate acestea, cercetările au dus la concluzia că era imposibil să se creeze astfel de foi.
Cercetătorii au propus un nou proces de polimerizare
Unul dintre motive a fost acela că, dacă un singur monomer se rotește în sus sau în jos, în afara planului foii, materialul va începe să se extindă în trei dimensiuni și structura de tip foaie se va pierde.
Cu toate acestea, în noul studiu, Strano și colegii săi au propus un nou proces de polimerizare care le permite să genereze o foaie bidimensională numită poliaramidă. De asemenea, 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 suprapun unele peste altele, menținându-se împreună prin legături de hidrogen între straturi, ceea ce face ca structura să fie foarte stabilă și rezistentă.
În plus, materialul poate fi fabricat în cantități mari, iar cercetătorii au arătat că pot acoperi suprafețele cu pelicule din acest material, pe care îl numesc 2DPA-1.
Ușor, dar puternic
„Cu acest progres, avem molecule plane care vor fi mult mai ușor de modelat într-un material foarte rezistent, dar extrem de subțire”, spune Strano.
Cercetătorii au descoperit că elasticitatea noului material este de patru până la șase ori mai mare decât cel al sticlei antiglonț. De asemenea, ei au descoperit că rezistența sa este de două ori mai mare decât cea a oțelului, chiar dacă materialul are doar o șesime din densitatea acestuia.
Matthew Tirrell, decan al Școlii Pritzker de Inginerie Moleculară de la Universitatea din Chicago, spune că noua tehnică „întruchipează o chimie foarte creativă pentru a realiza acești polimeri 2D legați”.
„Un aspect important al acestor noi polimeri este faptul că sunt ușor de prelucrat în soluție, ceea ce va facilita numeroase aplicații noi în care este important un raport ridicat între rezistență și greutate, cum ar fi noi materiale compozite sau bariere de difuzie”, spune Tirrell.
Vă recomandăm să citiți și:
Cercetătorii germani au creat celule osoase din celule stem cu ajutorul polimerilor
A fost creată tehnica ce poate produce prima imagine la scală atomică a unui polimer
Regenerarea nervilor este posibilă cu ajutorul polimerilor şi proteinelor
Un polimer reciclabil ”la infinit” are proprietăţile practice ale plasticului