Nýja efnið er tvívíð fjölliða, úr melamíni , sem myndar sjálfkrafa blöð, ólíkt öllum öðrum fjölliðum, sem mynda einvíðar, spagettílíkar keðjur. Þangað til nú höfðu vísindamenn talið að það væri ómögulegt að fá fjölliður til að mynda tvívíddar blöð.
Slíkt efni gæti verið notað sem létt og endingargott húðunarefni fyrir bílahluti eða farsíma, eða sem byggingarefni fyrir brýr eða aðrar mannvirki, segir Michael Strano, Carbon P. Dubbs prófessor í efnaverkfræði við MIT og aðalhöfundur nýju rannsóknarinnar.
„Við hugsum venjulega ekki um plast sem eitthvað sem hægt er að nota til að styðja við byggingar, en með þessu efni er hægt að gera nýja hluti mögulega,“ segir hann. „Það hefur mjög óvenjulega eiginleika og við erum mjög spennt fyrir því.“
Rannsakendurnir hafa sótt um tvö einkaleyfi á ferlinu sem þeir notuðu til að framleiða efnið, sem þeir lýsa í grein sem birtist í dag í Nature . Yuwen Zeng, nýdoktor við MIT, er aðalhöfundur rannsóknarinnar.
Tvær víddar
Fjölliður, sem innihalda allt plast, eru samansettar úr keðjum byggingareininga sem kallast einliður. Þessar keðjur vaxa með því að bæta nýjum sameindum við endana. Þegar fjölliður hafa myndast er hægt að móta þá í þrívíddarhluti, eins og vatnsflöskur, með sprautusteypu.
Fjölliðuvísindamenn hafa lengi sett fram þá tilgátu að ef hægt væri að fá fjölliður til að vaxa í tvívíddarþynnu, ættu þær að mynda afar sterk og létt efni. Hins vegar leiddi áratuga vinna á þessu sviði til þeirrar niðurstöðu að það væri ómögulegt að búa til slíkar þynnur. Ein ástæða fyrir þessu var sú að ef aðeins ein einliða snýst upp eða niður, út fyrir plan vaxandi þynnunnar, mun efnið byrja að þenjast út í þremur víddum og þynnulaga uppbyggingin tapast.
Í nýju rannsókninni fundu Strano og samstarfsmenn hans hins vegar upp nýja fjölliðunaraðferð sem gerir þeim kleift að búa til tvívítt lag sem kallast pólýaramíð. Fyrir byggingareiningar einliðanna notuðu þeir efnasamband sem kallast melamín, sem inniheldur hring af kolefnis- og köfnunarefnisatómum. Við réttar aðstæður geta þessar einliður vaxið í tveimur víddum og myndað diska. Þessar diskar staflast hver ofan á annan, haldnar saman með vetnistengjum milli laganna, sem gerir uppbygginguna mjög stöðuga og sterka.
„Í stað þess að búa til spagettílíka sameind getum við búið til blaðlaga sameindaflöt þar sem sameindir krókast saman í tveimur víddum,“ segir Strano. „Þessi aðferð gerist sjálfkrafa í lausn og eftir að við höfum myndað efnið getum við auðveldlega snúningshúðað þunnar filmur sem eru einstaklega sterkar.“
Þar sem efnið myndast sjálfkrafa í lausn er hægt að framleiða það í miklu magni með því einfaldlega að auka magn upphafsefnanna. Rannsakendurnir sýndu fram á að þeir gátu húðað yfirborð með filmu úr efninu, sem þeir kalla 2DPA-1.
„Með þessari framförum höfum við flatar sameindir sem verða mun auðveldari að móta í mjög sterkt en afar þunnt efni,“ segir Strano.
Létt en sterk
Rannsakendurnir komust að því að teygjustuðull nýja efnisins – mælikvarði á hversu mikinn kraft þarf til að afmynda efni – er fjórum til sex sinnum meiri en teygjustuðull skothelds gler. Þeir komust einnig að því að teygjustyrkur þess, eða hversu mikill kraftur þarf til að brjóta efnið, er tvöfalt meiri en hjá stáli, jafnvel þótt efnið hafi aðeins um það bil einn sjötta hluta af eðlisþyngd stáls.
Annar lykileiginleiki 2DPA-1 er að það er ógegndræpt fyrir lofttegundum. Þó að aðrar fjölliður séu gerðar úr keðjulaga vírum með rifum sem leyfa lofttegundum að síast í gegn, er nýja efnið gert úr einliðum sem læsast saman eins og LEGO-kubbar, og sameindir komast ekki á milli þeirra.
„Þetta gæti gert okkur kleift að búa til örþunnar húðanir sem geta komið í veg fyrir að vatn eða lofttegundir komist í gegn,“ segir Strano. „Þessa tegund af hindrunarhúð gæti verið notuð til að vernda málm í bílum og öðrum ökutækjum, eða stálmannvirkjum.“
Strano og nemendur hans eru nú að rannsaka nánar hvernig þessi tiltekna fjölliða getur myndað tvívíddar blöð og þeir eru að gera tilraunir með að breyta sameindauppbyggingu hennar til að búa til aðrar gerðir af nýjum efnum.
Rannsóknin var fjármögnuð af Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT), rannsóknarmiðstöð fyrir orkumál sem er styrkt af vísindaskrifstofu bandaríska orkumálaráðuneytisins, og rannsóknarstofu hersins.
Fréttir Tengiliður:
Tölvupóstur: [netvarið]
Tel: + 86-28-8411-1861