Новый двумерный полимер сам формируется в листы, поэтому его можно легко производить в больших количествах. К тому же, он не пропускает ни воду, ни воздух.
Обычные полимеры образуют одномерные, жгутообразные молекулярные цепи, поэтому до сих пор ученые считали невозможным создание из полимеров 2D-образований.
Ученые уже давно предсказывали, что если полимеры заставить сформироватся в двумерном листе, они должны образовывать чрезвычайно сильные, легкие материалы. Тем не менее, многие десятилетия работы в этой области не продвигались. Одной из причин этого было то, что если даже один мономер выходит из плоскости растущего листа, материал начнет расширяется в трех измерениях и двумерная структура теряется.
«Обычно мы не думаем о пластике как о том, что вы могли бы использовать, чтобы поддержать здание, но с этим материалом, вы можете создавать новые вещи, - говорит он. – У него очень необычные свойства, и мы очень взволнованы этим».
Полимеры, которые включают в себя все пластмассы, состоят из цепочек строительных блоков, называемых мономерами. Эти цепочки могут увеличиваться, прибавляя к своим краям новые молекулы. После образования полимеры могут быть сформированы в трехмерные объекты с помощью литья под давлением.
В своем исследовании, ученые придумали новый процесс полимеризации, который позволяет формировать двумерные материалы под названием полиарамиды. Для мономерных строительных блоков они используют соединение, называемое меламин, которое приставляет собой кольцо из атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в двух измерениях, образуя диски. Эти диски укладывают поверх друг друга, удерживая вместе водородными связями между слоями, которые делают структуру очень стабильной и крепкой.
Исследователи назвали материал 2DPA-1, и он обладает несколькими впечатляющими свойствами. Несмотря на то, что полимер очень тонкий и легкий, его предел текучести в два раза выше.
Авторы исследования выяснили, что сила, необходимый для деформации вещества (модуль упругости) в 4-6 раз выше, чем у пуленепробиваемого стекла. Для разрушения 2DPA-1 необходимо приложить больше чем усилий, чем для стали, хотя его плотность в шесть раз меньше. Еще одним важным свойством 2DPA-1 является газонепроницаемость. Инженеры предполагают, что с помощью нового полимера можно создавать покрытия, способные исключить проникновение воды или воздуха. К примеру, такое покрытие защитит металлические конструкции от коррозии.
«Важным аспектом этих новых полимеров является то, что они легко обрабатываются в растворе, что будет способствовать множеству новых приложений, где высокое отношение прочности к весу имеет важное значение, например, в композитах или диффузионных барьерах, - говорит Страно. - Это также позволит нам создавать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвращать проникновения влаги или газов. Такое покрытие может быть использовано для защиты металла в автомобилях и других транспортных средствах, или стальных конструкциях».
Сейчас ученые патентуют технологию, которую они использовали для создания материала, а результаты их исследования опубликованы в журнале Nature.
НиТ писал о том, что в конце 1480-х годов Леонардо да Винчи обнародовал хитроумный проект вертолета для одного человека, приводимый в движение воздушным винтом. Инженеры из Мэриленда решили использовать эскизы Леонардо да Винчи 500-летней давности. Они создали коптер, который, как оказалось, может летатать!
