В Массачусетском технологическом институте изобрели новый легкий материал

Новый легкий материал прочнее стали изобрели инженеры-химики из Массачусетского технологического института (MIT), об этом 2 февраля сообщается на сайте института.

Новый материал под названием 2DPA-1 представляет собой двумерный полимер, который может быть использован в качестве легкого, прочного покрытия для автомобильных деталей или сотовых телефонов, или в качестве строительного материала для мостов или других конструкций, говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии Carbon P. Dubbs в Массачусетском технологическом институте и старший автор нового исследования.

2DPA-1 прочнее стали и такой же легкий, как пластик, может быть легко изготовлен в больших количествах. До сих пор ученые считали, что невозможно заставить полимеры образовывать 2D-листы. До нового изобретения полимеры образовывали одномерные, похожие на спагетти цепи.

«Мы обычно не думаем о пластике как о чем-то, что вы могли бы использовать для поддержки здания, но с этим материалом вы можете сделать новые вещи»,  — говорит Майкл Страно.

Ученые-полимеристы давно предположили, что если полимеры могут быть вызваны к росту в двумерный лист, они должны образовывать чрезвычайно прочные, легкие материалы. Однако многие десятилетия работы в этой области привели к выводу, что создать такие листы невозможно.

Однако в новом исследовании Страно и его коллеги придумали новый процесс полимеризации, который позволяет им генерировать двумерный лист, называемый полиарамидом. Для мономерных строительных блоков они используют соединение, называемое меламином, которое содержит кольцо атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в двух измерениях, образуя диски. Эти диски укладываются друг на друга, удерживаемые вместе водородными связями между слоями, что делает структуру очень стабильной и прочной.

Исследователи обнаружили, что модуль упругости нового материала — мера того, сколько силы требуется для деформации материала — в четыре-шесть раз больше, чем у пуленепробиваемого стекла. Они также обнаружили, что его предел текучести, или сколько силы требуется, чтобы сломать материал, в два раза больше, чем у стали, хотя материал имеет только около одной шестой плотности стали.

Еще одной ключевой особенностью 2DPA-1 является то, что он непроницаем для газов. В то время как другие полимеры сделаны из спиральных цепей с зазорами, которые позволяют газам просачиваться, новый материал изготовлен из мономеров, которые фиксируются вместе, как LEGO, и молекулы не могут попасть между ними.

«Это может позволить нам создать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвратить попадание воды или газов»,  — говорит Страно. «Этот вид барьерного покрытия может быть использован для защиты металла в автомобилях и других транспортных средствах или стальных конструкциях».

Исследование финансировалось Центром усиленного нанофлюидного транспорта (CENT), Исследовательским центром энергетических рубежей, спонсируемым Управлением науки Министерства энергетики США и Армейской исследовательской лабораторией.