Тонкий, но прочный
Получен новый двухмерный полимер, который прочнее стали.
Где тонко, там и рвётся! – утверждает народная мудрость. Особенно это касается полимерных материалов. Но химики из Массачусетского технологического института готовы с этим поспорить.
Полимеры, к которым относятся все пластмассы, состоят из цепочек строительных блоков, называемых мономерами. Эти цепочки растут за счёт присоединения новых молекулы по краям мономеров. Уже после формирования полимеры с помощью литья под давлением могут быть преобразованы в трехмерные объекты, такие как пластиковая полторашка пива.
И уже довольно давно умами учёных-полимерщиков владеет идея вырастить полимеры в виде тонких листов, которые были бы и лёгкими, и чрезвычайно прочными материалами. Однако это оказалось не так просто. Одной из причин было то, что обязательно найдутся какие-то молекулы мономеров, которые при синтезе будут расти вверх или вниз из плоскости листа, и материал начнёт расширяться в трёх измерениях. А значит двухмерная плоская структура будет потеряна.
Но в новом исследовании американские исследователи придумали процесс полимеризации в растворе, который позволяет им создавать двухмерный лист, называемый 2D полиарамидом (2DPA-1). 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 плоские диски. Эти диски укладываются друг на друга и скреплены водородными связями между собой. Дальше их сушат, размельчают, растворяют в растворителе и с помощью центробежной силы получают наноразмерные плёнки на подложке.
Изучение этих плёнок показало, что модуль упругости нового материала — показатель силы, необходимой для деформации материала, — в четыре-шесть раз выше, чем у пуленепробиваемого стекла. Кроме этого, предел текучести 2DPA-1, или сила, необходимая для разрушения материала, в два раза выше, чем у стали, хотя материал имеет лишь одну шестую её плотности.
Еще одной особенностью 2DPA-1 является его газонепроницаемость. В то время как другие полимеры состоят из скрученных полимерных цепочек с промежутками, через которые просачиваются газы, новый материал состоит из мономеров, которые соединяются вместе, как ЛЕГО, и молекулы газов не могут проскочить между ними.
Это позволит создавать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвратить проникновение воды или газов – такие материалы можно будет использовать в качестве лёгкого и прочного покрытия для автомобильных деталей или сотовых телефонов, как показано на картинке.
Так что помни, гомогенная 2D необратимая поликонденсация приводит к ковалентно связанному 2D полимерному материалу, который является химически стабильным и легко перерабатываемым, а значит у наших любимых телефончиков есть шанс на получение нового тонкого и прочного полимерного покрытия!
Инфа https://news.mit.edu/2022/polymer-lightweight-material-2d-0202.
#химия
