Dat neit Material ass en zweedimensionale Polymer, deen aus Melamin hiergestallt gëtt , deen sech selwer zu Placken zesummesetzt, am Géigesaz zu all anere Polymeren, déi eendimensional, spaghettiähnlech Ketten bilden. Bis elo hunn d'Wëssenschaftler gegleeft, datt et onméiglech wier, Polymeren dozou ze bréngen, 2D-Placken ze bilden.
Sou e Material kéint als liicht, haltbar Beschichtung fir Autodeeler oder Handye benotzt ginn, oder als Baumaterial fir Brécken oder aner Strukturen, seet de Michael Strano, de Carbon P. Dubbs Professer fir chemesch Ingenieurswiesen um MIT an den Haaptauteur vun der neier Studie.
„Mir denken normalerweis net u Plastik als eppes, wat ee benotze kéint fir e Gebai ze stützen, awer mat dësem Material kann een nei Saachen erméiglechen“, seet hien. „Et huet ganz ongewéinlech Eegeschaften a mir freeën eis ganz drop.“
D'Fuerscher hunn zwéi Patenter op de Prozess ugefrot, deen si benotzt hunn, fir d'Material ze generéieren, deen si an enger Publikatioun beschreiwen, déi haut an der Zäitschrëft Nature erschéngt . Den MIT-Postdoc Yuwen Zeng ass den Haaptauteur vun der Studie.
Zwee Dimensiounen
Polymeren, zu deenen all Plastik gehéieren, bestinn aus Ketten vu Bausteng, déi Monomeren genannt ginn. Dës Ketten wuessen andeems nei Molekülen op hiren Enden derbäigesat ginn. Soubal se geformt sinn, kënne Polymeren duerch Sprëtzguss zu dräidimensionalen Objeten, wéi Waasserfläschen, geformt ginn.
Polymerwëssenschaftler hunn zënter laanger Zäit d'Hypothes opgestallt, datt wa Polymere kéinte gezwonge ginn, zu enger zweedimensionaler Plack ze wuessen, si extrem staark a liicht Materialien sollten bilden. Vill Joerzéngte vun der Aarbecht an dësem Beräich hunn awer zu der Conclusioun gefouert, datt et onméiglech ass, sou Schichten ze kreéieren. Ee Grond dofir war, datt wann nëmmen ee Monomer no uewen oder no ënnen rotéiert, ausserhalb vun der Fläch vun der wuessender Plack, d'Material ufänkt, sech an dräi Dimensiounen auszedehnen an déi blatfërmeg Struktur verluer geet.
An der neier Studie hunn de Strano a seng Kollegen awer en neie Polymerisatiounsprozess entwéckelt, deen et hinnen erlaabt, eng zweedimensional Schicht mam Numm Polyaramid ze generéieren. Fir d'Monomer-Bausteng benotze si eng Verbindung mam Numm Melamin, déi e Rank aus Kuelestoff- an Stéckstoffatome enthält. Ënner de richtege Konditioune kënnen dës Monomere an zwou Dimensiounen wuessen a Scheiwe bilden. Dës Scheiwe stapelen sech openeen a ginn duerch Waasserstoffbindungen tëscht de Schichten zesummegehalen, wat d'Struktur ganz stabil a staark mécht.
„Amplaz e spaghettiähnlecht Molekül ze maachen, kënne mir eng blatfërmeg molekular Ebene maachen, wou mir Moleküle kréien, déi sech an zwou Dimensiounen zesummeschléissen“, seet de Strano. „Dëse Mechanismus geschitt spontan an der Léisung, an nodeems mir d'Material synthetiséiert hunn, kënne mir einfach dënn Schichten spinbeschichten, déi aussergewéinlech staark sinn.“
Well d'Material sech a Léisung selwer zesummesetzt, kann et a grousse Quantitéiten hiergestallt ginn, andeems einfach d'Quantitéit vun den Ausgangsmaterialien erhéicht gëtt. D'Fuerscher hunn gewisen, datt si Uewerfläche mat Filmer vum Material beschichten konnten, déi si 2DPA-1 nennen.
„Mat dësem Fortschrëtt hu mir planar Molekülen, déi vill méi einfach zu engem ganz staarken, awer extrem dënnen Material ze formen sinn“, seet de Strano.
Liicht awer staark
D'Fuerscher hunn erausfonnt, datt den Elastizitéitsmodul vum neie Material - e Mooss dofir, wéi vill Kraaft et brauch, fir e Material ze deforméieren - tëscht véier a sechs Mol méi grouss ass wéi dee vu kugelsécherem Glas. Si hunn och festgestallt, datt seng Streckgrenz, oder wéi vill Kraaft et brauch, fir d'Material ze briechen, duebel sou grouss ass wéi déi vu Stol, och wann d'Material nëmmen ongeféier ee Sechstel vun der Dicht vu Stol huet.
Eng aner Schlësseleegeschaft vum 2DPA-1 ass, datt et onduerchlässeg fir Gaser ass. Wärend aner Polymere aus gewéckelte Ketten mat Lächer gemaach ginn, déi et erlaben, datt Gaser duerchsiechen, besteet dat neit Material aus Monomeren, déi sech wéi LEGO-Stécker zesummeschléissen, an d'Molekülle kënnen net tëscht hinne kommen.
„Dëst kéint et eis erméiglechen, ultradënn Beschichtungen ze kreéieren, déi Waasser oder Gasen komplett verhënnere kënnen, datt se duerchkommen“, seet de Strano. „Dës Zort vu Barrièrebeschichtung kéint benotzt ginn, fir Metall an Autoen an anere Gefierer oder Stolkonstruktiounen ze schützen.“
De Strano a seng Studenten ënnersichen elo méi am Detail, wéi dëse spezifesche Polymer 2D-Schichten ka bilden, a si experimentéieren domat, seng molekular Zesummesetzung ze änneren, fir aner Zorte vun neie Materialien ze kreéieren.
D'Fuerschung gouf vum Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT) engem Energy Frontier Research Center, gesponsert vum Office of Science vum US Department of Energy, an dem Army Research Laboratory finanzéiert.
News Kontakt:
Email: [Email geschützt]
Telefon: + 86-28-8411-1861