Նոր նյութը մելամինից պատրաստված երկչափ պոլիմեր է , որը ինքնահավաքվում է թերթերի մեջ՝ ի տարբերություն մյուս բոլոր պոլիմերների, որոնք կազմում են միաչափ, սպագետիի նման շղթաներ: Մինչ այժմ գիտնականները կարծում էին, որ անհնար է պոլիմերներին դրդել երկչափ թերթեր ձևավորելու:
Նման նյութը կարող է օգտագործվել որպես թեթև, դիմացկուն ծածկույթ ավտոմեքենաների մասերի կամ բջջային հեռախոսների համար, կամ որպես շինանյութ կամուրջների կամ այլ կառույցների համար, ասում է MIT-ի քիմիական ճարտարագիտության պրոֆեսոր և նոր ուսումնասիրության ավագ հեղինակ Մայքլ Ստրանոն։
«Մենք սովորաբար չենք մտածում, որ պլաստմասսան կարող է օգտագործվել շենքը պահելու համար, բայց այս նյութի միջոցով կարելի է նոր բաներ ստեղծել», - ասում է նա: «Այն ունի շատ անսովոր հատկություններ, և մենք շատ ոգևորված ենք դրանով»:
Հետազոտողները ներկայացրել են երկու արտոնագիր՝ նյութը ստանալու համար օգտագործված գործընթացի վերաբերյալ, որը նրանք նկարագրում են այսօր Nature- ում հրապարակված հոդվածում : Հետազոտության գլխավոր հեղինակը MIT-ի հետդոկտոր Յուվեն Զենգն է:
Երկու չափումներ
Պոլիմերները, որոնք ներառում են բոլոր պլաստմասսաները, կազմված են մոնոմերներ կոչվող շինանյութերի շղթաներից: Այս շղթաները աճում են՝ իրենց ծայրերին նոր մոլեկուլներ ավելացնելով: Ձևավորվելուց հետո պոլիմերները կարող են ներարկման ձուլման միջոցով ձևավորվել եռաչափ առարկաների, օրինակ՝ ջրի շշերի:
Պոլիմերների գիտնականները վաղուց են ենթադրել, որ եթե պոլիմերները կարողանան աճել երկչափ թերթի մեջ, դրանք պետք է ձևավորեն չափազանց ամուր, թեթև նյութեր: Այնուամենայնիվ, այս ոլորտում տասնամյակների աշխատանքը հանգեցրել է այն եզրակացության, որ նման թերթեր ստեղծելն անհնար է: Դրա պատճառներից մեկն այն էր, որ եթե ընդամենը մեկ մոնոմեր պտտվի վեր կամ վար՝ աճող թերթի հարթությունից դուրս, նյութը կսկսի ընդարձակվել եռաչափ, և թերթանման կառուցվածքը կկորչի:
Սակայն, նոր ուսումնասիրության մեջ Ստրանոն և նրա գործընկերները մշակեցին պոլիմերացման նոր գործընթաց, որը թույլ է տալիս նրանց ստեղծել պոլիարամիդ կոչվող երկչափ շերտ: Մոնոմերային կառուցվածքային բլոկների համար նրանք օգտագործում են մելամին կոչվող միացություն, որը պարունակում է ածխածնի և ազոտի ատոմների օղակ: Հարմար պայմաններում այս մոնոմերները կարող են աճել երկու չափումներով՝ ձևավորելով սկավառակներ: Այս սկավառակները դարսվում են միմյանց վրա՝ միացված լինելով շերտերի միջև ջրածնային կապերով, որոնք կառուցվածքը դարձնում են շատ կայուն և ամուր:
«Սպագետիի նման մոլեկուլ ստեղծելու փոխարեն, մենք կարող ենք ստեղծել թերթանման մոլեկուլային հարթություն, որտեղ մենք մոլեկուլներին հնարավորություն կտանք միմյանց միացնել երկու չափումներում», - ասում է Ստրանոն: «Այս մեխանիզմը տեղի է ունենում ինքնաբերաբար լուծույթում, և նյութը սինթեզելուց հետո մենք կարող ենք հեշտությամբ պտտեցնել բարակ թաղանթներ, որոնք աներևակայելի ամուր են»:
Քանի որ նյութը ինքնահավաքվում է լուծույթում, այն կարող է պատրաստվել մեծ քանակությամբ՝ պարզապես ավելացնելով սկզբնական նյութերի քանակը։ Հետազոտողները ցույց տվեցին, որ կարող են մակերեսները պատել նյութի թաղանթներով, որոնք նրանք անվանում են 2DPA-1։
«Այս առաջընթացի շնորհիվ մենք ունենք հարթ մոլեկուլներ, որոնք շատ ավելի հեշտ կլինի վերածել շատ ամուր, բայց չափազանց բարակ նյութի», - ասում է Ստրանոն։
Թեթև, բայց ուժեղ
Հետազոտողները պարզել են, որ նոր նյութի առաձգականության մոդուլը, որը ցույց է տալիս, թե որքան ուժ է պահանջվում նյութը դեֆորմացնելու համար, չորսից վեց անգամ մեծ է, քան գնդակակայուն ապակուինը։ Նրանք նաև պարզել են, որ դրա հոսունության սահմանը, կամ թե որքան ուժ է պահանջվում նյութը կոտրելու համար, երկու անգամ ավելի մեծ է, քան պողպատինը, չնայած նյութի խտությունը պողպատի խտությունից ընդամենը մոտ մեկ վեցերորդն է։
2DPA-1-ի մեկ այլ կարևոր առանձնահատկությունն այն է, որ այն անթափանցելի է գազերի համար: Մինչդեռ այլ պոլիմերներ պատրաստված են պարուրաձև շղթաներից՝ ճեղքերով, որոնք թույլ են տալիս գազերին ներթափանցել, նոր նյութը պատրաստված է մոնոմերներից, որոնք ամրանում են միմյանց ինչպես LEGO-ները, և մոլեկուլները չեն կարող անցնել դրանց միջև:
«Սա կարող է թույլ տալ մեզ ստեղծել գերբարակ ծածկույթներ, որոնք կարող են լիովին կանխել ջրի կամ գազերի ներթափանցումը», - ասում է Ստրանոն: «Այս տեսակի պաշտպանիչ ծածկույթը կարող է օգտագործվել մեքենաների և այլ տրանսպորտային միջոցների, կամ պողպատե կառուցվածքների մետաղը պաշտպանելու համար»:
Ստրանոն և նրա ուսանողներն այժմ ավելի մանրամասն ուսումնասիրում են, թե ինչպես է այս կոնկրետ պոլիմերը կարողանում ձևավորել 2D թերթեր, և նրանք փորձարկումներ են անում դրա մոլեկուլային կազմը փոխելու ուղղությամբ՝ այլ տեսակի նոր նյութեր ստեղծելու համար։
Հետազոտությունը ֆինանսավորվել է Նանոհեղուկային տրանսպորտի բարելավված կենտրոնի (CENT) կողմից, որը Էներգետիկ սահմանների հետազոտական կենտրոն է, որը հովանավորվում է ԱՄՆ Էներգետիկայի դեպարտամենտի գիտության գրասենյակի և բանակի հետազոտական լաբորատորիայի կողմից։
Նորություններ Կապ.
Էլ. հասցե՝ [էլեկտրոնային փոստով պաշտպանված]
Հեռ: + 86-28-8411-1861