Các nhà khoa học đã tạo ra loại nhựa tương đương với thép — bền nhưng không nặng. Nhựa, mà đôi khi các nhà hóa học gọi là polyme, là một loại phân tử chuỗi dài được tạo thành từ các đơn vị lặp lại ngắn gọi là monome. Không giống như các polyme trước đây có cùng độ bền, vật liệu mới chỉ có dạng màng. Nó cũng kín khí gấp 50 lần so với loại nhựa không thấm nước nhất trên thị trường. Một khía cạnh đáng chú ý khác của loại polyme này là tính đơn giản của quá trình tổng hợp. Quá trình diễn ra ở nhiệt độ phòng, chỉ cần vật liệu rẻ tiền và polyme có thể được sản xuất hàng loạt ở dạng tấm lớn chỉ dày vài nanomet. Các nhà nghiên cứu báo cáo phát hiện của họ vào ngày 2 tháng 2 trên tạp chí Nature.
Vật liệu được đề cập được gọi là polyamit, một mạng lưới các đơn vị phân tử amit (amit là các nhóm hóa học nitơ gắn với các nguyên tử cacbon liên kết với oxy). Các polyme như vậy bao gồm Kevlar, một loại sợi được sử dụng để làm áo chống đạn và Nomex, một loại sợi chống cháy. vải kháng. Giống như Kevlar, các phân tử polyamide trong vật liệu mới được liên kết với nhau bằng liên kết hydro dọc theo toàn bộ chiều dài chuỗi của chúng, giúp tăng cường độ bền tổng thể của vật liệu.
Tác giả chính Michael Strano, một kỹ sư hóa học của MIT cho biết: “Chúng dính vào nhau như Velcro. Việc xé các vật liệu không chỉ đòi hỏi phải phá vỡ các chuỗi phân tử riêng lẻ mà còn vượt qua các liên kết hydro liên phân tử khổng lồ thấm vào toàn bộ bó polymer.
Ngoài ra, các polyme mới có thể tự động hình thành vảy. Điều này làm cho vật liệu dễ dàng xử lý, vì nó có thể được tạo thành màng mỏng hoặc được sử dụng làm lớp phủ bề mặt màng mỏng. Các polyme truyền thống có xu hướng phát triển thành chuỗi tuyến tính hoặc phân nhánh nhiều lần và liên kết trong ba chiều, bất kể định hướng. Nhưng các polyme của Strano phát triển theo một cách độc đáo trong 2D để tạo thành các tấm nano.
“Bạn có thể tổng hợp trên một tờ giấy không?Hóa ra, trong hầu hết các trường hợp, bạn không thể làm điều đó cho đến khi chúng tôi làm việc,” Strano nói. “Vì vậy, chúng tôi đã tìm ra một cơ chế mới.”Trong công việc gần đây này, nhóm của anh ấy đã vượt qua một rào cản để có thể thực hiện được phép tổng hợp hai chiều này.
Lý do polyaramide có cấu trúc phẳng là quá trình tổng hợp polyme liên quan đến một cơ chế gọi là tạo khuôn tự xúc tác: khi polyme kéo dài và dính vào các khối xây dựng monome, mạng lưới polyme đang phát triển khiến các monome tiếp theo chỉ kết hợp theo đúng hướng để tăng cường liên kết của cấu trúc hai chiều. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng họ có thể dễ dàng phủ polyme trong dung dịch lên các tấm mỏng để tạo ra các tấm mỏng rộng inch có độ dày chưa đến 4 nanomet. Độ dày đó gần bằng một phần triệu của giấy văn phòng thông thường.
Để định lượng các tính chất cơ học của vật liệu polyme, các nhà nghiên cứu đã đo lực cần thiết để chọc các lỗ trên một tấm vật liệu lơ lửng bằng kim nhỏ. Polyamide này thực sự cứng hơn các polyme truyền thống như nylon, loại vải được sử dụng để làm dù. Đáng chú ý, lực để tháo rời polyamide siêu bền này gấp đôi so với thép có cùng độ dày. Theo Strano, chất này có thể được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ trên bề mặt kim loại, chẳng hạn như veneer ô tô hoặc làm bộ lọc để lọc nước. Trong chức năng thứ hai, màng lọc lý tưởng cần phải mỏng nhưng đủ mạnh để chịu được áp suất cao mà không làm rò rỉ các chất gây ô nhiễm nhỏ, phiền toái vào nguồn cung cấp cuối cùng của chúng tôi – một sự phù hợp hoàn hảo cho vật liệu polyamide này.
Trong tương lai, Strano hy vọng sẽ mở rộng phương pháp trùng hợp sang các loại polyme khác ngoài chất tương tự Kevlar này. “Polyme ở xung quanh chúng ta,” anh ấy nói. “Chúng làm được mọi thứ.”Ông cho biết thêm: “Hãy tưởng tượng việc biến nhiều loại polyme khác nhau, thậm chí cả những loại kỳ lạ có thể dẫn điện hoặc ánh sáng, thành những màng mỏng có thể bao phủ nhiều loại bề mặt khác nhau”. Stano nói.
Strano cho biết: Trong một thế giới bị bao quanh bởi nhựa, xã hội có lý do để hào hứng với một loại polymer mới khác có tính chất cơ học không hề bình thường. với ít vật liệu hơn và bền hơn. Strano nói thêm rằng từ quan điểm bền vững, polyme 2D siêu bền này là một bước đi đúng hướng để giải phóng thế giới khỏi nhựa.
Shi En Kim (tên thường gọi là Kim) là một nhà văn khoa học tự do sinh ra ở Malaysia và là thực tập sinh biên tập cho Popular Science Spring 2022. Cô đã viết rất nhiều về các chủ đề từ cách sử dụng mạng nhện kỳ quặc—con người hay chính loài nhện—cho đến những người thu gom rác trong không gian bên ngoài.
Tàu vũ trụ Starliner của Boeing vẫn chưa đến được Trạm vũ trụ quốc tế, nhưng các chuyên gia rất lạc quan về chuyến bay thử nghiệm thứ ba.
Chúng tôi là người tham gia Chương trình liên kết của Amazon Services LLC, một chương trình quảng cáo liên kết được thiết kế để cung cấp cho chúng tôi cách kiếm phí bằng cách liên kết với Amazon.com và các trang web liên kết. Việc đăng ký hoặc sử dụng trang web này đồng nghĩa với việc chấp nhận Điều khoản dịch vụ của chúng tôi.
Thời gian đăng: 19-05-2022