Химики создали «невозможный» двумерный полимер. Он прочнее и легче стали, и полностью непроницаем для газов и воды
Такой полимер можно без труда делать в больших объёмах для производства упаковки, изоляционных материалов и строительных конструкций.
Схематическое изображение двумерной полимерной плёнки и сфер его потенциального применения, иллюстрация Массачусетского технологического института
Химики Массачусетского технологического института (МТИ) разработали технологию создания полимера, который сам собой складывается в плоские листы, что учёные считали невозможным. Полимер в такой форме проявляет ряд необычных свойств, перспективных для промышленности и строительства, пишут исследователи в журнале Nature.
Обычные полимеры делают из простых молекулярных звеньев, которые прирастают по краям всё новыми молекулами и превращаются в длинные молекулярные цепи. Учёные давно предполагали, что если молекулярные цепи будут расти только в одной плоскости — получится полимерный лист с необычными свойствами. Но звенья в процессе роста беспорядочно поворачиваются в разные стороны и растут во всех направлениях, поэтому создание 2D-полимеров считалось невозможным.
Специалистам МТИ удалось решить эту проблему, использовав меламин — кольцо из атомов углерода, азота и водорода. Если подобрать правильные условия, эти кольца начинают разрастаться только в двух измерениях, превращаясь в плоские диски. Причём этот процесс происходит спонтанно, без каких-либо усилий со стороны. В итоге остаётся «спрессовать» диски в плоский лист и получить двумерный полиарамид или 2DPA-1.
Новый материал демонстрирует в два раза большую прочность на излом, чем у стали — при массе в шесть раз меньше. А деформациям он сопротивляется в 4-6 раз лучше пуленепробиваемого стекла.
Отдельная особенность нового материала заключается в его полной непроницаемости для газов и жидкостей. Это следствие крайне равномерной молекулярной решётки полимера — его звенья очень плотно подогнаны друг к другу, как детали в конструкторе «Лего». Такое устройство не оставляет ни малейшей лазейки для газов и жидкостей — сквозь 2DPA-1 не могут протиснуться ни молекулы, ни отдельные атомы.
По словам химиков МТИ, из двумерного полиарамида можно делать ультратонкие покрытия для металлических конструкций, чтобы полностью защитить их от контакта с жидкостями и газами. Впрочем, благодаря необычайной прочности и лёгкости, 2DPA-1 наверняка найдёт применение и в качестве отдельного строительного материала.
#новости #химия #изобретения