«Невозможный» материал из 2D-полимера получился крепче стали и легче пластика

Химики Массачусетского технологического института (MIT) создали новый материал, который прочнее стали, легче пластика, и может быть легко изготовлен в промышленных масштабах. Новый материал представляет собой двумерный полимер, который самоформируется в листы, в отличии от всех других полимеров,

Новый материал представляет собой двумерный полимер, который самоформируется в листы, в отличии от всех других полимеров, которые образуют одномерные, жгутообразные молекулярные цепи. До сих пор ученые считали невозможным создание из полимеров 2D-образований.

Новый материал может быть использован в качестве легкого, прочного покрытия для деталей автомобиля или смартфонов, а также в качестве строительного материала для мостов и других сооружений, говорит Майкл Страно, профессор химического машиностроения в MIT и старший автор исследования.

«Обычно мы не думаем о пластике как о том, что вы могли бы использовать, чтобы поддержать здание, но с этим материалом, вы можете создавать новые вещи, - говорит он. – У него очень необычные свойства, и мы очень взволнованы этим».

Полимеры, которые включают в себя все пластмассы, состоят из цепочек строительных блоков, называемых мономерами. Эти цепочки могут увеличиваться, прибавляя к своим краям новые молекулы. После образования полимеры могут быть сформированы в трехмерные объекты с помощью литья под давлением.

Ученые уже давно предсказывали, что если полимеры заставить сформироватся в двумерном листе, они должны образовывать чрезвычайно сильные, легкие материалы. Тем не менее, многие десятилетия работы в этой области не продвигались. Одной из причин этого было то, что если даже один мономер выходит из плоскости растущего листа, материал начнет расширяется в трех измерениях и двумерная структура теряется.

В своем исследовании, ученые придумали новый процесс полимеризации, который позволяет формировать двумерные материалы под названием полиарамиды. Для мономерных строительных блоков они используют соединение, называемое меламин, которое приставляет собой кольцо из атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в двух измерениях, образуя диски. Эти диски укладывают поверх друг друга, удерживая вместе водородными связями между слоями, которые делают структуру очень стабильной и крепкой.

Исследователи назвали 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, а для его деформации требуется в шесть раз больше силы, чем для пуленепробиваемого стекла. Он также полностью непроницаем для газов и жидкостей.

«Важным аспектом этих новых полимеров является то, что они легко обрабатываются в растворе, что будет способствовать множеству новых приложений, где высокое отношение прочности к весу имеет важное значение, например, в композитах или диффузионных барьерах, - говорит Страно. - Это также позволит нам создавать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвращать проникновения влаги или газов. Такое покрытие может быть использовано для защиты металла в автомобилях и других транспортных средствах, или стальных конструкциях».

Сейчас ученые патентуют технологию, которую они использовали для создания материала, а результаты их исследования опубликованы в журнале Nature.

Читайте также: Инновационный термоэлектрический материал превращает тепло в электроэнергию с рекордной эффективностью

Источник: mit.edu