La nova materialo estas dudimensia polimero, farita el melamino , kiu mem-kunmetiĝas en foliojn, male al ĉiuj aliaj polimeroj, kiuj formas unu-dimensiajn, spaget-similajn ĉenojn. Ĝis nun, sciencistoj kredis, ke estas neeble indukti polimerojn por formi 2D-foliojn.
Tia materialo povus esti uzata kiel malpeza, daŭra tegaĵo por aŭtopartoj aŭ poŝtelefonoj, aŭ kiel konstrumaterialo por pontoj aŭ aliaj strukturoj, diras Michael Strano, la Karbona P. Dubbs Profesoro pri Kemia Inĝenierarto ĉe MIT kaj la ĉefa aŭtoro de la nova studo.
“Ni kutime ne pensas pri plastoj kiel io, kion oni povus uzi por subteni konstruaĵon, sed per ĉi tiu materialo oni povas ebligi novajn aferojn,” li diras. “Ĝi havas tre nekutimajn ecojn kaj ni estas tre entuziasmaj pri tio.”
La esploristoj petis du patentojn pri la procezo, kiun ili uzis por generi la materialon, kiun ili priskribas en artikolo aperinta hodiaŭ en Nature . MIT-postdoktoro Yuwen Zeng estas la ĉefa aŭtoro de la studo.
Du dimensioj
Polimeroj, kiuj inkluzivas ĉiujn plastojn, konsistas el ĉenoj de konstrubriketoj nomataj monomeroj. Ĉi tiuj ĉenoj kreskas per aldono de novaj molekuloj al siaj finoj. Post kiam formitaj, polimeroj povas esti formitaj en tridimensiajn objektojn, kiel ekzemple akvobotelojn, uzante injektan fandadon.
Polimersciencistoj longe hipotezis, ke se polimeroj povus esti induktitaj por kreski en dudimensian tavolon, ili devus formi ekstreme fortajn, malpezajn materialojn. Tamen, multaj jardekoj da laboro en ĉi tiu kampo kondukis al la konkludo, ke estas neeble krei tiajn tavolojn. Unu kialo por tio estis, ke se nur unu monomero rotacias supren aŭ malsupren, ekster la ebeno de la kreskanta tavolo, la materialo komencos disetendiĝi en tri dimensioj kaj la tavolo-simila strukturo perdiĝos.
Tamen, en la nova studo, Strano kaj liaj kolegoj elpensis novan polimerigan procezon, kiu permesas al ili generi dudimensian tavolon nomatan poliaramido. Por la monomeraj konstrubriketoj, ili uzas kombinaĵon nomatan melamino, kiu enhavas ringon de karbonaj kaj nitrogenaj atomoj. Sub la ĝustaj kondiĉoj, ĉi tiuj monomeroj povas kreski en du dimensioj, formante diskojn. Ĉi tiuj diskoj stakiĝas unu sur la alia, tenataj kune per hidrogenaj ligoj inter la tavoloj, kiuj igas la strukturon tre stabila kaj forta.
“Anstataŭ fari spaget-similan molekulon, ni povas fari foli-similan molekulan ebenon, kie ni igas molekulojn hoki sin kune en du dimensioj,” diras Strano. “Ĉi tiu mekanismo okazas spontanee en solvaĵo, kaj post kiam ni sintezas la materialon, ni povas facile centrifugi maldikajn filmojn, kiuj estas eksterordinare fortaj.”
Ĉar la materialo mem-kunmetiĝas en solvaĵo, ĝi povas esti produktita en grandaj kvantoj simple pliigante la kvanton de la startmaterialoj. La esploristoj montris, ke ili povas kovri surfacojn per filmoj de la materialo, kiun ili nomas 2DPA-1.
“Kun ĉi tiu antaŭeniro, ni havas ebenajn molekulojn, kiujn estos multe pli facile transformi en tre fortan, sed ekstreme maldikan materialon,” diras Strano.
Malpeza sed forta
La esploristoj trovis, ke la elasta modulo de la nova materialo — mezuro de kiom da forto necesas por deformi materialon — estas inter kvar kaj ses fojojn pli granda ol tiu de kuglorezista vitro. Ili ankaŭ trovis, ke ĝia streĉa limo, aŭ kiom da forto necesas por rompi la materialon, estas duoble pli granda ol tiu de ŝtalo, kvankam la materialo havas nur ĉirkaŭ sesonon de la denseco de ŝtalo.
Alia ŝlosila trajto de 2DPA-1 estas, ke ĝi estas netralasebla al gasoj. Dum aliaj polimeroj estas faritaj el volvitaj ĉenoj kun interspacoj, kiuj permesas al gasoj trairi, la nova materialo estas farita el monomeroj, kiuj ŝlosiĝas kune kiel LEGO-oj, kaj molekuloj ne povas eniri inter ilin.
“Ĉi tio povus permesi al ni krei ultramaldikajn tegaĵojn, kiuj povas tute malhelpi la trairon de akvo aŭ gasoj,” diras Strano. “Ĉi tiu speco de bara tegaĵo povus esti uzata por protekti metalon en aŭtoj kaj aliaj veturiloj, aŭ ŝtalstrukturoj.”
Strano kaj liaj studentoj nun studas pli detale kiel ĉi tiu aparta polimero kapablas formi 2D-foliojn, kaj ili eksperimentas kun ŝanĝo de ĝia molekula konsisto por krei aliajn specojn de novaj materialoj.
La esploradon financis la Centro por Plibonigita Nanofluida Transporto (CENT), Energia Frontiera Esplorcentro sponsorita de la Usona Departemento pri Energio, Oficejo pri Scienco, kaj la Armea Esplorlaboratorio.
Novaĵo Kontakto:
retpoŝto: [retpoŝte protektita]
Tel: + 86-28-8411-1861