تکنولوژی

مهندسان MIT “غیر ممکن” را ایجاد می کنند – ماده جدیدی که از فولاد قوی تر و مانند پلاستیک سبک است

تلفن همراه همر

ویدیوی استوک مفهوم تلفن همراه فوق العاده قدرتمند را نشان می دهد.

ماده جدید نتیجه یک شاهکار است که غیرممکن تلقی می شود: پلیمریزاسیون یک ماده در دو بعد.

با استفاده از فرآیند پلیمریزاسیون نوآورانه، اسطوره مهندسان شیمی ماده جدیدی ساخته اند که از فولاد قوی تر و به سبک پلاستیک است و به راحتی می توان آن را در مقادیر زیاد ساخت.

این ماده جدید یک پلیمر دو بعدی است که بر خلاف سایر پلیمرهایی که زنجیره های یک بعدی و اسپاگتی مانند را تشکیل می دهند، به صورت خود مونتاژ می شود. تا به حال، دانشمندان معتقد بودند که توسعه پلیمرها برای ایجاد صفحات دو بعدی غیرممکن است.

مایکل استرانو، استاد مهندسی شیمی در Carbon P. Dubbs در MIT و نویسنده ارشد می گوید: چنین ماده ای می تواند به عنوان یک پوشش سبک وزن و بادوام برای قطعات خودرو یا تلفن های همراه یا به عنوان مصالح ساختمانی برای پل ها یا سازه های دیگر استفاده شود. از کتاب. مطالعه جدید

او می‌گوید: «ما معمولاً پلاستیک را چیزی نمی‌دانیم که بتوان از آن برای حمایت از یک ساختمان استفاده کرد، اما با این مواد می‌توان چیزهای جدیدی را معرفی کرد. خواص بسیار غیرعادی دارد و ما از این بابت بسیار خوشحالیم.

دانشمندان دو درخواست ثبت اختراع را برای فرآیند تولید موادی که در مقاله ای که در این مقاله منتشر شده است، ثبت کرده اند: طبیعت 2 فوریه 2022 نویسنده اصلی این مطالعه یوون زنگ از MIT است.

مواد سبک از فولاد قوی تر است

این ماده جدید یک پلیمر دو بعدی است که به صورت خود مونتاژ می شود و می تواند به عنوان یک پوشش سبک وزن و بادوام برای قطعات خودرو یا تلفن های همراه یا به عنوان مصالح ساختمانی برای پل ها یا سازه های دیگر استفاده شود. منبع: فیلم پلیمری توسط دانشمندان کریستین دانیلوف، MIT

دو بعدی

پلیمرهایی که همه پلاستیک ها به آنها تعلق دارند از زنجیره های بلوک های ساختمانی به نام مونومر تشکیل شده اند. این زنجیره ها رشد می کنند و مولکول های جدیدی را به انتهای خود اضافه می کنند. پس از تشکیل، پلیمرها می توانند با قالب گیری تزریقی به اشیاء سه بعدی مانند بطری های آب تبدیل شوند.

دانشمندان پلیمر مدت‌ها فرضیه‌ای را مطرح کرده‌اند که اگر بتوان پلیمرها را به شکل یک صفحه دوبعدی تبدیل کرد، باید مواد بسیار قوی و سبک وزنی را تشکیل دهند. با این حال، چندین دهه کار در این زمینه به این نتیجه رسیده است که ایجاد چنین ورق هایی غیرممکن است. یکی از دلایل این بود که اگر فقط یک مونومر از صفحه ورقه در حال رشد به سمت بالا یا پایین بچرخد، مواد در سه بعدی شروع به انبساط کرده و ساختار ورقه مانند از بین می رود.

با این حال، در یک مطالعه جدید، Strano و همکارانش یک فرآیند پلیمریزاسیون جدید را توسعه داده اند که به آنها اجازه می دهد یک صفحه دو بعدی به نام پلی آرامید تولید کنند. برای بلوک های سازنده یک مونومر از ترکیبی به نام ملامین استفاده می کنند که حاوی حلقه ای از اتم های کربن و نیتروژن است. در شرایط مناسب، این مونومرها می توانند در دو بعد رشد کرده و دیسک تشکیل دهند. این دیسک ها روی هم چیده شده اند که با پیوندهای هیدروژنی بین لایه ها به هم متصل شده اند که باعث می شود ساختار بسیار پایدار و مستحکم شود.

استرانو می گوید: به جای ایجاد مولکول های اسپاگتی مانند، می توانیم یک صفحه مولکولی ورقه مانند ایجاد کنیم که در آن مولکول ها در دو بعد به یکدیگر متصل می شوند. این مکانیسم به طور خود به خود در محلول رخ می دهد و هنگامی که مواد سنتز شد، می توانیم به راحتی لایه های نازکی را که بسیار قوی هستند، بپوشانیم.

از آنجایی که این ماده در محلول خود جمع می شود، می توان آن را در مقادیر زیادی به سادگی با افزایش مقدار مواد اولیه تولید کرد. دانشمندان نشان داده اند که می توانند سطوح را با لایه هایی از ماده ای که 2DPA-1 نامیده می شود، بپوشانند.

استرانو می‌گوید: به لطف این پیشرفت، ما ذرات مسطحی داریم که شکل دادن آنها به یک ماده بسیار قوی اما بسیار نازک بسیار آسان‌تر خواهد بود.

سبک اما قوی

دانشمندان دریافتند که مدول الاستیسیته ماده جدید – معیاری از نیروی مورد نیاز برای تغییر شکل یک ماده – چهار تا شش برابر بیشتر از شیشه ضد گلوله است. آنها همچنین دریافتند که قدرت تسلیم آن، میزان نیروی مورد نیاز برای جدا کردن یک ماده، دو برابر فولاد است، حتی اگر چگالی این ماده فقط یک ششم فولاد باشد.

متیو تیرل، رئیس دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگومی‌گوید که این تکنیک جدید «شیمی بسیار خلاقانه را برای ساختن این پلیمرهای دوبعدی پیوند یافته تجسم می‌دهد».

تیرل می گوید: “یک جنبه مهم این پلیمرهای جدید این است که می توان آنها را به راحتی در محلول پردازش کرد، که بسیاری از کاربردهای جدید را در مواردی که نسبت استحکام به وزن بالا مهم است، مانند مواد کامپوزیتی جدید یا موانع انتشار تسهیل می کند.” در تحقیق شرکت نداشت

یکی دیگر از ویژگی های کلیدی 2DPA-1 عدم نفوذ گاز آن است. در حالی که سایر پلیمرها از زنجیره های مارپیچ با شکاف هایی ساخته شده اند که به گازها اجازه عبور می دهد، ماده جدید از مونومرهایی ساخته شده است که مانند آجرهای لگو به هم می چسبند و مولکول ها نمی توانند بین آنها قرار بگیرند.

استرانو می گوید: “این می تواند به ما امکان ایجاد پوشش های فوق العاده نازک را بدهد که می تواند به طور کامل از نفوذ آب یا گازها جلوگیری کند.”

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا