مهندسان شیمی MIT با استفاده از یک فرآیند پلیمریزاسیون جدید، ماده جدیدی ساخته اند که از فولاد قوی تر و به سبکی پلاستیک است و به راحتی می توان آن را در مقادیر زیاد تولید کرد.
این ماده جدید یک پلیمر دو بعدی است که بر خلاف سایر پلیمرها که زنجیره‌های یک بعدی و اسپاگتی‌مانند را تشکیل می‌دهند، به‌صورت خود مونتاژ می‌شود.
تا به حال، دانشمندان معتقد بودند که القای پلیمرها برای تشکیل صفحات دو بعدی غیرممکن است. مایکل استرانو، پروفسور مهندسی شیمی کربن می‌گوید: «معمولاً نمی توانیم از پلاستیک برای ساخت یک ساختمان استفاده کنیم، اما با این مواد جدید، می‌توان چیزهای جدیدی را فعال کرد. خواص بسیار غیرمعمولی دارد و ما از این بابت بسیار هیجان‌زده هستیم.»
این مواد سبک وزن جدید، قوی تر از فولاد است و می‌تواند به عنوان یک پوشش سبک وزن و بادوام برای قطعات خودرو یا تلفن‌های همراه یا به عنوان مصالح ساختمانی برای پل‌ها یا سازه‌های دیگر استفاده شود.
پلیمرها که شامل تمام پلاستیک ها می شوند، دانشمندان خود را بر آن داشت تا با این فرضیه، که اگر بتوان پلیمرها را وادار کرد تا به یک ورقه دو بعدی تبدیل شوند، می توان مواد بسیار قوی و سبک وزن را تشکیل دهند. با این حال، چندین دهه کار در این زمینه به این نتیجه رسیدند که ایجاد چنین ورق های غیرممکن است. یکی از دلایل این امر این بود که اگر فقط یک مونومر به سمت بالا یا پایین، خارج از صفحه ورقه در حال رشد بچرخد، مواد به صورت سه بعدی شروع به انبساط کرده و ساختار ورقه مانند از بین می رود.
با این حال، در مطالعه جدید، استرانو و همکارانش فرآیند پلیمریزاسیون جدیدی را ارائه کردند که به آنها اجازه می‌دهد یک صفحه دو بعدی به نام پلی آرامید تولید کنند. برای بلوک های سازنده مونومر، از ترکیبی به نام ملامین استفاده می کنند که حاوی حلقه ای از اتم های کربن و نیتروژن است و در شرایط مناسب، این مونومرها می توانند در دو بعد رشد کرده و دیسک را تشکیل دهند. این دیسک‌ها روی هم قرار می‌گیرند و توسط پیوندهای هیدروژنی بین لایه‌ها به هم متصل می‌شوند که ساختار را بسیار پایدار و قوی می‌کند.
استراپو می‌گوید: «به‌جای ساخت یک مولکول اسپاگتی‌مانند، می‌توانیم یک صفحه مولکولی ورقه‌مانند بسازیم، جایی که مولکول‌ها را در دو بعد به هم متصل می‌کنیم». این مکانیسم به طور خود به خود در محلول اتفاق می‌افتد و پس از سنتز مواد، می‌توانیم به راحتی لایه‌های نازکی را که فوق‌العاده قوی هستند، بچرخانیم.
از آنجایی که مواد در محلول خود به خود جمع می شوند، می توان آن را در مقادیر زیادی به سادگی با افزایش مقدار مواد اولیه ساخت. محققان نشان دادند که می‌توانند سطوح را با لایه‌هایی از این ماده بپوشانند که آن را 2DPA-1 می‌نامند.
استرانو می‌گوید: «با این پیشرفت، ما مولکول‌های مسطح داریم که تبدیل آنها به یک ماده بسیار قوی، اما بسیار نازک بسیار آسان‌تر خواهد بود».
متیو تیرل، رئیس دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگو ، می‌گوید که این تکنیک جدید «مظهر شیمی بسیار خلاقانه‌ای برای ساخت این پلیمرهای دوبعدی پیوند خورده است».
تیرل که در این زمینه نقشی نداشت، می‌گوید: «یک جنبه مهم این پلیمرهای جدید این است که آنها به راحتی در محلول قابل پردازش هستند، که کاربردهای جدید متعددی را در مواردی که نسبت استحکام به وزن بالا مهم است، مانند مواد کامپوزیت جدید یا مانع انتشار تسهیل می‌کند.
یکی دیگر از ویژگی های کلیدی 2DPA-1 این است که در برابر گازها نفوذ ناپذیر است. در حالی که سایر پلیمرها از زنجیره های مارپیچ با شکاف هایی ساخته می شوند که به گازها اجازه نفوذ می دهد، ماده جدید از مونومرهایی ساخته شده است که مانند لگوها به هم قفل می شوند و مولکول ها نمی توانند بین آنها قرار بگیرند.
استرانو می‌گوید: «این می‌تواند به ما امکان ایجاد پوشش‌های بسیار نازک را بدهد که می‌تواند به طور کامل از عبور آب یا گازها جلوگیری کند. این نوع پوشش مانع می تواند برای محافظت از فلز در اتومبیل ها و سایر وسایل نقلیه یا سازه های فولادی استفاده شود.
استرانو و شاگردانش اکنون در حال مطالعه با جزئیات بیشتری هستند که چگونه این پلیمر خاص قادر به تشکیل صفحات دو بعدی است و آنها در حال آزمایش با تغییر ساختار مولکولی آن برای ایجاد انواع دیگر مواد جدید هستند.
این تحقیق توسط مرکز حمل و نقل نانوسیال پیشرفته (CENT) یک مرکز تحقیقات مرزی انرژی با حمایت دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش انجام شده است.
مترجم: امیرمحمد مظفری
لینک متن لاتین خبر:
https://scitechdaily-com.translate.goog/mit-engineers-create-the-impossible-new-material-that-is-stronger-than-steel-and-as-light-as-plastic/?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=fa&_x_tr_hl=fa&_x_tr_pto=sc