Otkriven novi lagani materijal jači od čelika

Koristeći novi proces polimerizacije, hemijski inženjeri MIT-a su stvorili materijal koji je jači od čelika i lagan kao plastika, i može da se jednostavno proizvodi u velikim količinama.

Novi materijal je dvodimenzionalni polimer, koji se sastavlja u listove, za razliku od svih ostalih polimera, koji formiraju jednodimenzionalne lance nalik špagetima. Do sada su naučnici verovali da je nemoguće navesti polimere da formiraju 2D listove.

„Takav materijal bi se mogao koristiti kao lagani, izdržljivi premaz za automobilske delove ili mobilne telefone. Takođe kao građevinski materijal za mostove ili za druge strukture. Obično ne razmišljamo o plastici kao o nečemu što biste mogli da koristite za izgradnju zgrade. Ali, sa ovim materijalom moguće su nove stvari. Ima veoma neobična svojstva i veoma smo uzbuđeni zbog toga“, kaže Michael Strano, profesor hemijskog inženjerstva na MIT-u.

Istraživači su podneli zahtev za dva patenta vezano za proces koji su koristili za pravljenje ovog materijala, a koji opisuju u radu koji je publikovan u časopisu Nature. Postdoktorand  MIT-a Yuwen Zeng je glavni autor studije.

Dve dimenzije

Polimeri, od kojih je sastavljena plastika, sastoje se od lanaca gradivnih blokova, koji se nazivaju monomeri. Ovi lanci rastu dodavanjem novih molekula na njihove krajeve. Jednom formirani, polimeri se mogu oblikovati u trodimenzionalne objekte, kao što su, na primer, boce za vodu.

Naučnici za polimere su dugo pretpostavljali da bi polimeri, ako se mogu podstaći da prerastu u dvodimenzionalni list, trebalo da formiraju izuzetno jake, lagane materijale. Međutim, višedecenijski rad u ovoj oblasti doveo je do zaključka da je nemoguće napraviti takve listove. Jedan od problema bio je taj da, ako se samo jedan monomer okrene gore ili dole – van ravni rastućeg lista, materijal počinje da se širi u tri dimenzije. A tada struktura, nalik na list, biva izgubljena.

Međutim, u novoj studiji, Strano i njegove kolege su došli do novog procesa polimerizacije, koji im omogućava da generišu dvodimenzionalni list nazvan poliaramid. Za gradivne blokove monomera koriste jedinjenje zvano melamin, koje sadrži prsten atoma ugljenika i azota. Pod pravim uslovima, ovi monomeri mogu rasti u dve dimenzije, formirajući diskove. Ovi diskovi se naslanjaju jedan na drugog, držeći se zajedno vodoničnim vezama između slojeva, što čini strukturu veoma stabilnom i snažnom.

Jednostavna proizvodnja

„Umesto da pravimo molekul sličan špagetima, možemo da napravimo molekulsku ravan nalik na list. Ovaj mehanizam se dešava spontano u rastvoru, a nakon što sintetišemo materijal, lako možemo da dobijemo tanke filmove koji su izuzetno jaki“, naveo je Strano.

Pošto se materijal spontano pravi u rastvoru, može da se pravi u velikim količinama jednostavnim povećanjem količine polaznih materijala. Istraživači su pokazali da mogu premazati površine filmom materijala, koji nazivaju 2DPA-1.

Lagan ali jak

Istraživači su otkrili da je modul elastičnosti novog materijala (mera koliko je sile potrebno da se deformiše material) između četiri i šest puta veća od stakla otpornog na metke. Takođe su otkrili da je njegova granica popuštanja, ili sila koja je potrebna da se razbije materijal, dvostruko veća od čelika. Pri tome, materijal ima samo jednu šestinu gustine čelika.

Još jedna ključna karakteristika 2DPA-1 je da je nepropusnost za gasove. Dok su drugi polimeri napravljeni od namotanih lanaca sa prazninama, koje omogućavaju da gasovi prodiru kroz njih, novi materijal je napravljen od monomera koji se spajaju kao LEGO kocke (jedna unutar druge), a molekuli ne mogu da prođu između njih.

Višestruka primena

„Ovo bi nam omogućilo da napravimo ultratanke premaze, koji mogu u potpunosti da spreče prolazak vode ili gasova. Ova vrsta zaštitnog premaza mogla bi da se koristi kao zaštita metala u automobilima i drugim vozilima, ili čeličnih konstrukcija“, rekao je Strano.

Strano i njegovi studenti sada detaljnije proučavaju kako ovaj konkretni polimer može da formira 2D listove. Eksperimentišu, takođe, sa promenom njegovog molekularnog sastava kako bi stvorili druge vrste novih materijala.

Izvor: ScienceDaily

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email
Odštampaj

Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Neophodna polja su označena *

Logo

Newsletter

Možda će Vam se svideti:

Logo

Energija Balkana

Newsletter

Nedeljni pregled vesti

Najava Konferencije

21. decembar 2022.