Легче пластика и крепче стали: инженеры MIT разработали новый материал для смартфонов
Ученые из Массачусетского технического института (MIT) разработали сверхлегкий и сверхпрочный полимерный материал, который может найти широкое применение в технике. Подробности исследования опубликованы на сайте учебного учреждения.
Инженеры во главе с Цвеном Цзэнем придумали новый процесс полимеризации для создания революционного вещества под названием 2DPA-1. Материал можно легко производить в больших объемах и использовать для покрытия смартфонов, деталей автомобилей, а также для строительства мостов или других сложных конструкций.
Полимеры, включая все виды пластмассы, состоят из цепочек блоков, называемых мономерами. Эти цепи наращивают новые молекулы на свои кончики, а после формирования их можно отлить в трехмерные объекты под большим давлением. Исследователи совершили то, что раньше считалось невозможным - получили полимер, который самостоятельно формируется в двумерные листы, названные полиармидами. Исследователи подали две патентные заявки на свой процесс полимеризации.
"Обычно мы не думаем о пластике как о том, что можно использовать для поддержки здания, но с этим материалом вы можете создавать новые вещи. У него очень необычные свойства, и мы очень этому рады", - заявил профессор Майкл Страно.
Полимер 2DPA-1
Авторы исследования выяснили, что сила, необходимый для деформации вещества (модуль упругости) в 4-6 раз выше, чем у пуленепробиваемого стекла. Для разрушения 2DPA-1 необходимо приложить больше чем усилий, чем для стали, хотя его плотность в шесть раз меньше. Еще одним важным свойством 2DPA-1 является газонепроницаемость. Инженеры предполагают, что с помощью нового полимера можно создавать покрытия, способные исключить проникновение воды или воздуха. К примеру, такое покрытие защитит металлические конструкции от коррозии.
Химики предположили, что полимеры в виде плоских листов, должны быть необычайно легкими и прочными. Проблема в том, что если хотя бы одна цепочка выбьется из плоскости, материал начнет расти в трех измерениях и перестанет быть плоским. Для ее решения ученые из MIT использовали вещество под названием меламин, в котором азот и водород формируют кольцо. В особых условиях такие мономеры могут формироваться в виде двумерных дисков, которые накладываются друг на друга. В итоге образуется слоистая структура, укрепленная водородными связями, она отличается высокой прочностью и стабильностью.
"Вместо того, чтобы делать молекулу, похожую на спагетти, мы можем создать плоскую молекулярную пластину, где мы заставляем молекулы соединяться друг с другом в двух измерениях. 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", - объяснил Майкл Страно.
