Skip to content
Научный журнал JournalTech.ru

Научный журнал JournalTech.ru

Ученые разработали новый легкий материал, прочнее стали

Posted on 26.06.202205.02.2022 By admin Комментариев к записи Ученые разработали новый легкий материал, прочнее стали нет
Публикации

[ad_1]

Предоставлено: полимерная пленка, предоставленная исследователями; Кристин Данилофф, Массачусетский технологический институт.

Новый материал представляет собой двумерный полимер, который самостоятельно собирается в листы.

Его можно использовать в качестве легкого и прочного покрытия для деталей автомобилей или сотовых телефонов, а также в качестве строительного материала для мостов и других сооружений.

Используя новый процесс полимеризации, инженеры-химики Массачусетского технологического института создали новый материал, который прочнее стали и такой же легкий, как пластик, и его можно легко производить в больших количествах.

Новый материал представляет собой двумерный полимер, который самостоятельно собирается в листы, в отличие от всех других полимеров, образующих одномерные цепочки, похожие на спагетти.

До сих пор ученые считали, что заставить полимеры формировать двумерные листы невозможно.

Такой материал можно использовать в качестве легкого и прочного покрытия для автомобильных деталей или сотовых телефонов, а также в качестве строительного материала для мостов или других конструкций, говорит Майкл Страно, профессор химического машиностроения Carbon P. Dubbs в Массачусетском технологическом институте и старший автор книги. новое исследование.

«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», — говорит он.

«У него очень необычные свойства, и мы очень этому рады».

Исследователи подали заявки на два патента на процесс, который они использовали для создания материала, который они описывают в статье, опубликованной сегодня в журнале Nature. Постдоктор Массачусетского технологического института Ювен Цзэн является ведущим автором исследования.

Два измерения

Полимеры, к которым относятся все пластмассы, состоят из цепочек строительных блоков, называемых мономерами. Эти цепи растут, добавляя новые молекулы на их концы. После формирования полимеры могут быть преобразованы в трехмерные объекты, такие как бутылки с водой, с помощью литья под давлением.

Ученые-полимерщики давно выдвинули гипотезу, что если бы полимеры можно было заставить вырасти в двумерный лист, они должны были бы образовывать чрезвычайно прочные и легкие материалы. Однако многие десятилетия работы в этой области привели к выводу о невозможности создания таких листов. Одной из причин этого было то, что если хотя бы один мономер будет вращаться вверх или вниз из плоскости растущего листа, материал начнет расширяться в трех измерениях, и листовая структура будет потеряна.

Однако в новом исследовании Страно и его коллеги придумали новый процесс полимеризации, который позволяет им создавать двумерный лист, называемый полиарамидом. В качестве мономерных строительных блоков они используют соединение под названием меламин, которое содержит кольцо из атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в двух измерениях, образуя диски. Эти диски укладываются друг на друга, скрепленные водородными связями между слоями, что делает структуру очень стабильной и прочной.

«Вместо того, чтобы делать молекулу, похожую на спагетти, мы можем создать пластинчатую молекулярную плоскость, где мы заставляем молекулы соединяться друг с другом в двух измерениях», — говорит Страно. «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».

Поскольку материал самособирается в растворе, его можно производить в больших количествах, просто увеличивая количество исходных материалов. Исследователи показали, что они могут покрывать поверхности пленками материала, который они называют 2DPA-1.

«Благодаря этому прогрессу у нас есть плоские молекулы, которые будет намного проще превратить в очень прочный, но чрезвычайно тонкий материал», — говорит Страно.

Легкий, но сильный

Исследователи обнаружили, что модуль упругости нового материала — показатель силы, необходимой для деформации материала, — в четыре-шесть раз выше, чем у пуленепробиваемого стекла. Они также обнаружили, что его предел текучести, или сила, необходимая для разрушения материала, в два раза выше, чем у стали, хотя материал имеет лишь одну шестую плотности стали.

Мэтью Тиррелл, декан Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, говорит, что новая техника «воплощает в себе очень творческую химию для создания этих связанных 2D-полимеров».

«Важным аспектом этих новых полимеров является то, что они легко перерабатываются в растворе, что облегчит множество новых применений, где важно высокое соотношение прочности к массе, таких как новые композитные или диффузионно-барьерные материалы», — говорит Тиррелл, который не участвовал в разработке. обучение.

Еще одной ключевой особенностью 2ДПА-1 является его газонепроницаемость. В то время как другие полимеры состоят из скрученных цепочек с промежутками, через которые просачиваются газы, новый материал состоит из мономеров, которые соединяются вместе, как LEGO, и молекулы не могут попасть между ними.

«Это может позволить нам создавать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвратить проникновение воды или газов», — говорит Страно. «Этот тип барьерного покрытия можно использовать для защиты металла в автомобилях и других транспортных средствах или стальных конструкций».

Страно и его ученики теперь более подробно изучают, как этот конкретный полимер способен формировать двумерные листы, и они экспериментируют с изменением его молекулярного состава для создания других типов новых материалов.

Автор Энн Трафтон.

[ad_2]

Source

Навигация по записям

❮ Previous Post: Нет, сырую курицу перед приготовлением мыть нельзя. Так почему же люди до сих пор это делают?
Next Post: Органические молекулы, найденные в этом марсианском метеорите, не земного происхождения, показало исследование ❯

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

девятнадцать − 17 =

Свежие записи

  • Новая терапевтическая вакцина демонстрирует многообещающие результаты в лечении предраковых поражений шейки матки
  • Ученые обнаружили «отпечатки пальцев» крови при длительном течении COVID у детей, проложив путь к первому диагностическому тесту
  • Электромобили теперь живут дольше, чем бензиновые, показывает знаменательное исследование
  • Что нужно знать про строительство дома
  • Микробное разнообразие в различных экосистемах: Роль микробов в поддержании здоровья экосистем и их влияние на уровни биоразнообразия

Copyright © 2025 Научный журнал JournalTech.ru.

Theme: Oceanly by ScriptsTown