Materiali i ri është një polimer dy-dimensional, i bërë nga melamina , që vetë-montohet në fletë, ndryshe nga të gjithë polimerët e tjerë, të cilët formojnë zinxhirë një-dimensionalë, të ngjashëm me spageti. Deri më tani, shkencëtarët kishin besuar se ishte e pamundur të nxisnin polimerët të formonin fletë 2D.
Një material i tillë mund të përdoret si një shtresë e lehtë dhe e qëndrueshme për pjesët e makinave ose telefonat celularë, ose si material ndërtimi për ura ose struktura të tjera, thotë Michael Strano, Profesor i Inxhinierisë Kimike Carbon P. Dubbs në MIT dhe autori kryesor i studimit të ri.
«Zakonisht nuk mendojmë për plastikën si diçka që mund të përdoret për të mbështetur një ndërtesë, por me këtë material, mund të mundësosh gjëra të reja», thotë ai. «Ka veti shumë të pazakonta dhe jemi shumë të emocionuar për këtë».
Studiuesit kanë paraqitur kërkesa për dy patenta mbi procesin që përdorën për të gjeneruar materialin, të cilin e përshkruajnë në një punim që u botua sot në revistën Nature . Yuwen Zeng, postdoktorant i MIT, është autori kryesor i studimit.
Dy dimensione
Polimerët, të cilët përfshijnë të gjitha plastikat, përbëhen nga zinxhirë blloqesh ndërtimi të quajtura monomere. Këta zinxhirë rriten duke shtuar molekula të reja në skajet e tyre. Pasi formohen, polimerët mund të formohen në objekte tredimensionale, të tilla si shishet e ujit, duke përdorur derdhje me injeksion.
Shkencëtarët e polimerëve kanë hipotezuar prej kohësh se nëse polimerët mund të induktohen të rriten në një fletë dy-dimensionale, ato duhet të formojnë materiale jashtëzakonisht të forta dhe të lehta. Megjithatë, shumë dekada pune në këtë fushë çuan në përfundimin se ishte e pamundur të krijoheshin fletë të tilla. Një arsye për këtë ishte se nëse vetëm një monomer rrotullohet lart ose poshtë, jashtë planit të fletës në rritje, materiali do të fillojë të zgjerohet në tre dimensione dhe struktura e ngjashme me fletën do të humbasë.
Megjithatë, në studimin e ri, Strano dhe kolegët e tij dolën me një proces të ri polimerizimi që u lejon atyre të gjenerojnë një fletë dy-dimensionale të quajtur poliaramid. Për blloqet ndërtuese të monomerit, ata përdorin një përbërës të quajtur melaminë, i cili përmban një unazë atomesh karboni dhe azoti. Nën kushtet e duhura, këto monomere mund të rriten në dy dimensione, duke formuar disqe. Këto disqe grumbullohen mbi njëri-tjetrin, të mbajtur së bashku nga lidhjet e hidrogjenit midis shtresave, të cilat e bëjnë strukturën shumë të qëndrueshme dhe të fortë.
“Në vend që të krijojmë një molekulë të ngjashme me spagetin, ne mund të krijojmë një plan molekular të ngjashëm me fletën, ku i bëjmë molekulat të lidhen me njëra-tjetrën në dy dimensione”, thotë Strano. “Ky mekanizëm ndodh spontanisht në tretësirë, dhe pasi sintetizojmë materialin, ne mund të veshim lehtësisht filma të hollë që janë jashtëzakonisht të fortë.”
Meqenëse materiali vetë-montohet në tretësirë, ai mund të prodhohet në sasi të mëdha thjesht duke rritur sasinë e materialeve fillestare. Studiuesit treguan se mund të veshin sipërfaqet me filma të materialit, të cilin e quajnë 2DPA-1.
“Me këtë përparim, ne kemi molekula planare që do të jenë shumë më të lehta për t’u shndërruar në një material shumë të fortë, por jashtëzakonisht të hollë”, thotë Strano.
Të lehta por të forta
Studiuesit zbuluan se moduli elastik i materialit të ri - një masë që tregon se sa forcë duhet për të deformuar një material - është midis katër dhe gjashtë herë më i madh se ai i qelqit antiplumb. Ata gjithashtu zbuluan se forca e tij në rrjedhje, ose sa forcë duhet për të thyer materialin, është dyfishi i asaj të çelikut, edhe pse materiali ka vetëm rreth një të gjashtën e dendësisë së çelikut.
Një tjetër veçori kyçe e 2DPA-1 është se është i papërshkueshëm nga gazrat. Ndërsa polimere të tjera janë bërë nga zinxhirë të mbështjellë me boshllëqe që lejojnë që gazrat të depërtojnë, materiali i ri është bërë nga monomere që lidhen së bashku si LEGO-t, dhe molekulat nuk mund të hyjnë midis tyre.
“Kjo mund të na lejojë të krijojmë veshje ultra të holla që mund të parandalojnë plotësisht kalimin e ujit ose gazrave”, thotë Strano. “Ky lloj veshjeje penguese mund të përdoret për të mbrojtur metalin në makina dhe automjete të tjera, ose strukturat e çelikut.”
Strano dhe studentët e tij tani po studiojnë më në detaje se si ky polimer i veçantë është në gjendje të formojë fletë 2D dhe po eksperimentojnë me ndryshimin e përbërjes së tij molekulare për të krijuar lloje të tjera të materialeve të reja.
Hulumtimi u financua nga Qendra për Transport të Përmirësuar Nanofluidik (CENT), një Qendër Kërkimore e Kufirit të Energjisë e sponsorizuar nga Zyra e Shkencës e Departamentit të Energjisë të SHBA-së dhe Laboratori i Kërkimeve të Ushtrisë.
Kontakti i lajmeve:
Email: [email mbrojtur]
Tel: + 86-28-8411-1861