Новый материал 2DPA-1 — легкий как пластик и прочнее стали
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 волнистые нити, одномерные цепочки звеньев, называемых мономерами, но они могут быть объединены 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 ученых добились определенного успеха, полученные материалы имеют недостатки, которые снижают их прочность или другие желаемые свойства.
Но теперь 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 в форме дисков, которые затем укладываются друг на друга, а водородные связи удерживают слои вместе.
«Вместо того, чтобы делать молекулу, похожую на спагетти, мы можем сделать пластинчатую 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 наносить центрифугированием на тонкие пленки, которые обладают необычайной прочностью».
Исследователи называют новый материал 2DPA-1, и он обладает несколькими впечатляющими свойствами.
Несмотря на то, что полимер очень тонкий и 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 легким, 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 здания, но с этим материалом вы можете создавать новые вещи», — сказал Майкл Страно. «У него очень необычные свойства, и мы очень этому рады».
Ученые говорят, что метод производства легко масштабируется и может быть изменен для изготовления других типов материалов.