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胜过钢铁的新式聚合物资料

发布日期:2022-03-17 07:28:35 来源:od体育app官网下载

  科学家们发明晰一种能够和钢铁相比较的塑料,它的强度和钢铁适当,但却比钢铁更轻。塑料,化学家有时称其为聚合物,是由称为单个分子单元的不断重复组成的一类长链分子。与曾经的聚合物不同,这种新资料彻底是以膜的方式呈现的,只要几个纳米厚,它的密封性是市场上密封性最好塑料的50倍。另一个值得注意的方面是这种新资料的组成很简单,只需求廉价的资料就能够大批量出产。

  这种资料叫做聚酰胺,是由酰胺分子单元组成的网状结构(酰胺是氮原子,氧原子,和碳原子构成的化学基团)。这类聚合物包含用于制作防弹背心的凯夫拉纤维和防火织物等。和凯夫拉尔纤维相同,这种新资料中的聚酰胺分子经过氢键沿着链的长度相互衔接,然后增强了资料的全体强度。“它们像尼龙搭扣相同互相粘在一同”,该研讨的首要作者、麻省理工学院的化学工程师迈克尔·斯特拉诺说,“撕裂资料不只需求折断单个的分子链,还需求战胜遍布整个聚合物束的分子间氢键。”

  此外,这种新式聚合物能够主动构成片状。这使得该资料易于加工,由于它能够制成薄膜或应用于薄膜外表的涂层。一般来说传统的聚合物倾向于在线性链中成长,或许在三维空间中不断地重复衔接。但聚酰胺这种聚合物以共同的二维方式成长并构成纳米薄片。“你能在一张纸上聚合吗,事实证明,在大多数情况下你不能,直到咱们的研讨成果成功”,斯特拉诺说,“所以,咱们发现了一种新机制。”

  聚酰胺的平面结构的原因是,这种聚合物的组成涉及到一种称为“自催化模板”的机制:在单体分子聚合的过程中,不断添加的聚合物网络经过分子间的引力使得后添加的单体分子只构成二维结构,而不会在高度方向上堆积。研讨人员证明,他们能够很容易地将这种聚合物在溶液中涂到晶圆上,然后制作出一英寸宽、厚度不到4纳米的层状资料,这几乎是一般办公室用纸的百万分之一厚。

  为了量化这种聚合物资料的力学性能,研讨人员测量了用细针在这种资料上戳洞所需的力。成果证明,聚酰胺比尼龙等传统聚合物更坚固,令人惊奇的是掰开这种超高强度聚酰胺所需的力气是掰开相同厚度的钢材所需力气的两倍。依据斯特拉诺的说法,这种物质能够用作金属外表的维护涂层,比方轿车外表的喷漆或许用作净水器。在后一种功用中,抱负的过滤膜需求很薄,但又满足坚韧,能够接受高压,而不会泄漏出细小又令人讨厌的污染物到水中——这很合适聚酰胺资料。

  在未来,斯特拉诺期望将聚合办法扩展到不同的聚合物,而不只仅是聚酰胺。“聚合物在咱们周围随处可见”,他说,“幻想一下,将许多不同品种的聚合物,乃至是那些能够导电或发光的独特聚合物,转化成能够掩盖各种外表的薄膜。”

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