การใช้กระบวนการโพลิเมอไรเซชันแบบใหม่ วิศวกรเคมีของ MIT ได้สร้างวัสดุใหม่ที่แข็งแรงกว่าเหล็กและเบาเหมือนพลาสติก และสามารถผลิตได้ง่ายในปริมาณมาก
วัสดุชนิดใหม่นี้เป็นพอลิเมอร์สองมิติที่ประกอบเป็นแผ่นได้เอง ซึ่งไม่เหมือนกับโพลีเมอร์อื่นๆ ทั้งหมดซึ่งก่อตัวเป็นโซ่แบบมิติเดียวคล้ายเส้นสปาเก็ตตี้ จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะกระตุ้นให้โพลีเมอร์สร้างแผ่น 2D
วัสดุดังกล่าวสามารถใช้
เป็นสารเคลือบน้ำหนักเบาและทนทานสำหรับชิ้นส่วนรถยนต์หรือโทรศัพท์มือถือ หรือใช้เป็นวัสดุก่อสร้างสำหรับสะพานหรือโครงสร้างอื่นๆ ได้ Michael Strano ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีของ Carbon P. Dubbs จาก MIT และผู้เขียนอาวุโสของ การศึกษาใหม่
“ปกติแล้วเราไม่คิดว่าพลาสติกเป็นสิ่งที่คุณสามารถใช้เพื่อสนับสนุนอาคาร แต่ด้วยวัสดุนี้ คุณสามารถเปิดใช้งานสิ่งใหม่ ๆ ได้” เขากล่าว “มันมีคุณสมบัติที่ผิดปกติอย่างมาก และเรารู้สึกตื่นเต้นมากเกี่ยวกับเรื่องนี้”
นักวิจัยได้ยื่นขอสิทธิบัตรสองฉบับเกี่ยวกับกระบวนการที่ใช้ในการผลิตวัสดุ
สองมิติโพลีเมอร์ซึ่งรวมถึงพลาสติกทั้งหมดประกอบด้วยโซ่ของหน่วยการสร้างที่เรียกว่าโมโนเมอร์ โซ่เหล่านี้เติบโตโดยการเพิ่มโมเลกุลใหม่เข้าที่ปลายของมัน เมื่อขึ้นรูปแล้ว โพลีเมอร์สามารถขึ้นรูปเป็นวัตถุสามมิติ เช่น ขวดน้ำ โดยใช้การฉีดขึ้นรูป
นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพอลิเมอร์ได้
ตั้งสมมติฐานไว้นานแล้วว่าหากสามารถกระตุ้นให้โพลีเมอร์เติบโตเป็นแผ่นสองมิติได้ ก็ควรสร้างวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตาม หลายทศวรรษของการทำงานในสาขานี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างแผ่นงานดังกล่าว เหตุผลหนึ่งสำหรับสิ่งนี้ก็คือ ถ้าโมโนเมอร์เพียงตัวเดียวหมุนขึ้นหรือลง จากระนาบของแผ่นที่กำลังเติบโต วัสดุจะเริ่มขยายออกเป็นสามมิติและโครงสร้างที่เหมือนแผ่นจะหายไป
มากกว่า: ทางออกใหม่ในการขจัดไมโครพลาสติกในมหาสมุทรโดยใช้คลื่นเสียง
อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ Strano และเพื่อนร่วมงานของเขาได้คิดค้นกระบวนการพอลิเมอไรเซชันแบบใหม่ที่ช่วยให้พวกเขาสร้างแผ่นงานสองมิติที่เรียกว่าโพลีอาราไมด์ได้ สำหรับหน่วยการสร้างโมโนเมอร์ พวกเขาใช้สารประกอบที่เรียกว่าเมลามีน ซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนและไนโตรเจนเป็นวงแหวน ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม โมโนเมอร์เหล่านี้สามารถเติบโตได้ในสองมิติ โดยสร้างเป็นดิสก์ ดิสก์เหล่านี้วางซ้อนกันโดยพันธะไฮโดรเจนระหว่างชั้นซึ่งทำให้โครงสร้างมีความเสถียรและแข็งแรงมาก
“แทนที่จะสร้างโมเลกุลที่เหมือนปาเก็ตตี้ เราสามารถสร้างระนาบโมเลกุลที่เหมือนแผ่นได้ ซึ่งเราจะได้โมเลกุลที่เกี่ยวโยงกันในสองมิติ” สตราโนกล่าว “กลไกนี้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในสารละลาย และหลังจากที่เราสังเคราะห์วัสดุแล้ว เราสามารถเคลือบฟิล์มบางที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษได้อย่างง่ายดาย”
ดู: บริษัทสร้างนวัตกรรมไมโครพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพหรือไม่แตกแยกเลย
เนื่องจากวัสดุสามารถประกอบตัวเองได้ในสารละลาย จึงสามารถผลิตได้ในปริมาณมากโดยเพียงแค่เพิ่มปริมาณของวัสดุเริ่มต้นเท่านั้น นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเคลือบพื้นผิวด้วยฟิล์มของวัสดุที่เรียกว่า 2DPA-1
“ด้วยความก้าวหน้านี้ เรามีโมเลกุลระนาบที่จะง่ายต่อการสร้างเป็นวัสดุที่แข็งแรงมาก แต่บางมาก” สตราโนกล่าว
เบาแต่แข็งแรง
นักวิจัยพบว่าโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุชนิดใหม่ ซึ่งเป็นตัววัดว่าต้องใช้แรงมากเท่าใดในการทำให้วัสดุเสียรูป มีค่ามากกว่ากระจกกันกระสุนสี่ถึงหกเท่า พวกเขายังพบว่าความแข็งแรงของผลผลิตหรือแรงที่ใช้ในการทำลายวัสดุนั้นมากเป็นสองเท่าของเหล็ก แม้ว่าวัสดุจะมีความหนาแน่นประมาณหนึ่งในหกของเหล็กเท่านั้น
ที่เกี่ยวข้อง: ถังขยะ 20,000 ปอนด์ถูกลบออกจาก Pacific Garbage Patch: ‘พระมารดาของพระเจ้า มันได้ผล!’
คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการของ 2DPA-1 คือไม่สามารถซึมผ่านก๊าซได้ ในขณะที่โพลีเมอร์อื่นๆ ทำมาจากโซ่ขดที่มีช่องว่างที่ช่วยให้ก๊าซซึมผ่านได้ วัสดุใหม่นี้ทำมาจากโมโนเมอร์ที่ล็อคเข้าด้วยกันเหมือนตัวต่อเลโก้ และโมเลกุลไม่สามารถเข้าไประหว่างกันได้
“สิ่งนี้จะช่วยให้เราสามารถสร้างสารเคลือบบางเฉียบที่สามารถป้องกันน้ำหรือก๊าซไม่ให้ผ่านเข้าไปได้” สตราโนกล่าว “การเคลือบกั้นชนิดนี้สามารถใช้ปกป้องโลหะในรถยนต์และยานพาหนะอื่นๆ หรือโครงสร้างเหล็กได้”
Strano และนักเรียนของเขากำลังศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมว่าพอลิเมอร์ชนิดนี้สามารถสร้างแผ่น 2D ได้อย่างไร และพวกเขากำลังทดลองเปลี่ยนองค์ประกอบโมเลกุลเพื่อสร้างวัสดุใหม่ประเภทอื่นๆ
บทความเกี่ยวกับการศึกษานี้ปรากฏในธรรมชาติ
ที่มา: สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์
แบ่งปันความก้าวหน้าในนวัตกรรมนี้ด้วยฟีดข่าว…
Credit : แทงบอลออนไลน์
