Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый ультратонкий материал, легкий, как пластик, но прочный, как сталь. Материал может быть использован в транспортных средствах или электронике. А еще он позволяет применять технологию производства, которая ранее считалась невозможной.
Сложности двумерных полимеров
Полимеры - универсальные материалы, наиболее известным примером которых является пластик. Под микроскопом полимеры обычно выглядят как нити, одномерные цепи, называемые мономерами. Трехмерные формы образуются в процессе литья, когда мономеры переплетаются между собой.
Увы, заставить полимеры образовать плоскость невероятно сложно. Хотя некоторым командам ученых это удавалось, полученные материалы имели дефекты, которые снижали их прочность и ухудшали иные свойства.
В новом исследовании MIT ученые смогли решить эту проблему. Они разработали новый метод производства, который позволяет полимерам формировать двумерные листы, сохраняя их структуру нетронутой.
Новый чудо-материал
Команда использовала в качестве основы меламин - мономер, который состоит из углеродных и азотных колец. В растворе, при правильных условиях молекулы меламина образуют плоские диски, которые сцепляются краями при помощи водородных связей. «Вместо того, чтобы делать молекулу в виде спагетти, мы создаем листовидную молекулярную плоскость, где молекулы сцеплены в двух измерениях», - поясняет Майкл Страно, старший автор исследования.
Ученые назвали материал 2DPA-1. У него есть несколько впечатляющих свойств. Хотя полимер очень тонкий и легкий, он имеет очень высокий предел текучести. То есть, напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация 2DPA-1, в два раза выше, чем у стали. Также для деформирования 2DPA-1 требуется приложить в шесть раз больше силы, чем для пуленепробиваемого стекла. Материал полностью непроницаем для газов и жидкостей.
Такие свойства позволяют создавать из 2DPA-1 легкое, прочное, водонепроницаемое покрытие для транспортных средств, электронных устройств, таких как смартфоны и т.п. Материал даже можно использовать в качестве строительного компонента.
«Мы обычно не считаем пластик чем-то, что можно использовать для строительства зданий, но с этим материалом это становится возможно. У него очень необычные свойства, и мы очень рады этому», - говорит Штрано.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
