Легче пластика и крепче стали: инженеры MIT разработали новый материал для смартфонов

Ученые из Массачусетского технического института (MIT) разработали сверхлегкий и сверхпрочный полимерный материал, который может найти широкое применение в технике. Подробности исследования опубликованы на сайте учебного учреждения.

Инженеры-химики во главе с Цвеном Цзэнем использовали новый процесс полимеризации для создания вещества, легче пластика и прочнее стали. Материал под названием 2DPA-1 можно легко производить в больших количествах и использовать в качестве защитного покрытия для смартфонов и автомобильных деталей, а также в качестве материалов для строительства мостов или других конструкций.

Полимеры, к которым относятся все пластмассы, состоят из цепочек строительных блоков, называемых мономерами. Эти цепи растут, добавляя новые молекулы на их концы, а после формирования могут быть преобразованы в трехмерные объекты с помощью литья под давлением. Исследователи совершили то, что раньше считалось невозможным — получили полимер, который самостоятельно формируется в двумерные листы, названные полиармидами. Исследователи подали две патентные заявки на свой процесс полимеризации.

"Обычно мы не думаем о пластике как о том, что можно использовать для поддержки здания, но с этим материалом вы можете создавать новые вещи. У него очень необычные свойства, и мы очень этому рады", — заявил профессор Майкл Страно.

Авторы исследования выяснили, что модуль упругости нового полимера, показатель силы, необходимый для деформации, в 4-6 раз выше, чем у пуленепробиваемого стекла. При этом сила, необходимая для разрушения, больше чем у стали, хотя 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.

Химики давно выдвинули гипотезу, что полимеры, выращенные в виде двумерных листов, должны быть очень прочными и легкими. Одна из проблем заключается в том, что если хотя бы один мономер выбьется из плоскости растущего листа, материал начнет расширяться в трех измерениях, и листовая структура будет нарушена. Для ее решения ученые из MIT использовали вещество под названием меламин, содержащее кольцо из атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в одной плоскости, образуя диски, которые накладываются друг на друга. В итоге образуется слоистая структура, укрепленная водородными связями, она отличается высокой прочностью и стабильностью.

"Вместо того, чтобы делать молекулу, похожую на спагетти, мы можем создать плоскую молекулярную пластину, где мы заставляем молекулы соединяться друг с другом в двух измерениях. Этот механизм происходит спонтанно в растворе, и после того, как мы синтезируем материал, мы можем легко наносить центрифугированием на тонкие пленки, которые обладают необычайной прочностью", — объяснил Майкл Страно.

Ранее в Австралии ученые изобрели новый материал, который сделает батареи дешевыми и долговечными. Нанопластинки хорошо проводят электричество и легко обрабатываются.