Ang bagong materyal ay isang two-dimensional polymer, na gawa sa melamine , na kusang nabubuo at nagiging mga sheet, hindi tulad ng lahat ng iba pang polymer, na bumubuo ng one-dimensional, mala-spaghetti na mga chain. Hanggang ngayon, naniniwala ang mga siyentipiko na imposibleng ma-induce ang mga polymer na bumuo ng mga 2D sheet.
Ang nasabing materyal ay maaaring gamitin bilang isang magaan, matibay na patong para sa mga bahagi ng kotse o mga cell phone, o bilang isang materyal na gusali para sa mga tulay o iba pang mga istraktura, sabi ni Michael Strano, ang Carbon P. Dubbs Propesor ng Chemical Engineering sa MIT at ang senior author ng bagong pag-aaral.
"Hindi namin karaniwang iniisip ang mga plastik bilang isang bagay na maaari mong gamitin upang suportahan ang isang gusali, ngunit sa materyal na ito, maaari mong paganahin ang mga bagong bagay," sabi niya. "Mayroon itong hindi pangkaraniwang mga katangian at labis kaming nasasabik tungkol doon."
Ang mga mananaliksik ay naghain ng dalawang patente sa prosesong ginamit nila upang makabuo ng materyal, na kanilang inilalarawan sa isang papel na lumabas ngayon sa Nature . Ang postdoc ng MIT na si Yuwen Zeng ang pangunahing may-akda ng pag-aaral.
Dalawang dimensyon
Ang mga polimer, na kinabibilangan ng lahat ng plastik, ay binubuo ng mga kadena ng mga bloke ng gusali na tinatawag na monomer. Ang mga kadena na ito ay lumalaki sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga bagong molekula sa kanilang mga dulo. Kapag nabuo na, ang mga polimer ay maaaring hubugin sa mga three-dimensional na bagay, tulad ng mga bote ng tubig, gamit ang injection molding.
Ang mga polymer scientist ay matagal nang nag-hypothesize na kung ang mga polymer ay maaaring mahikayat na lumaki sa isang dalawang-dimensional na sheet, dapat silang bumuo ng napakalakas, magaan na mga materyales. Gayunpaman, maraming mga dekada ng trabaho sa larangang ito ang humantong sa konklusyon na imposibleng lumikha ng gayong mga sheet. Ang isang dahilan para dito ay kung ang isang monomer lamang ang umiikot pataas o pababa, palabas ng eroplano ng lumalagong sheet, ang materyal ay magsisimulang lumawak sa tatlong dimensyon at ang tulad-sheet na istraktura ay mawawala.
Gayunpaman, sa bagong pag-aaral, si Strano at ang kanyang mga kasamahan ay nakabuo ng isang bagong proseso ng polymerization na nagpapahintulot sa kanila na makabuo ng isang dalawang-dimensional na sheet na tinatawag na polyaramide. Para sa mga bloke ng gusali ng monomer, gumagamit sila ng isang tambalang tinatawag na melamine, na naglalaman ng isang singsing ng carbon at nitrogen atoms. Sa ilalim ng tamang mga kondisyon, ang mga monomer na ito ay maaaring lumaki sa dalawang dimensyon, na bumubuo ng mga disk. Ang mga disk na ito ay nakasalansan sa ibabaw ng bawat isa, na pinagsasama-sama ng mga hydrogen bond sa pagitan ng mga layer, na ginagawang napakatatag at malakas ang istraktura.
"Sa halip na gumawa ng parang spaghetti na molekula, maaari tayong gumawa ng parang sheet na molecular plane, kung saan nakakakuha tayo ng mga molekula na magkakabit sa kanilang mga sarili sa dalawang dimensyon," sabi ni Strano. "Ang mekanismong ito ay kusang nangyayari sa solusyon, at pagkatapos nating i-synthesize ang materyal, madali nating maiikot ang mga manipis na pelikula na napakalakas."
Dahil ang materyal ay nagtitipon sa sarili sa solusyon, maaari itong gawin sa malalaking dami sa pamamagitan lamang ng pagtaas ng dami ng mga panimulang materyales. Ipinakita ng mga mananaliksik na maaari nilang balutin ang mga ibabaw ng mga pelikula ng materyal, na tinatawag nilang 2DPA-1.
"Sa pag-unlad na ito, mayroon kaming mga planar na molekula na magiging mas madali upang maging isang napakalakas, ngunit napakanipis na materyal," sabi ni Strano.
Magaan ngunit malakas
Natuklasan ng mga mananaliksik na ang elastic modulus ng bagong materyal - isang sukatan kung gaano karaming puwersa ang kinakailangan upang ma-deform ang isang materyal - ay nasa pagitan ng apat at anim na beses na mas malaki kaysa sa bulletproof na salamin. Natagpuan din nila na ang lakas ng ani nito, o kung gaano karaming puwersa ang kinakailangan upang masira ang materyal, ay dalawang beses kaysa sa bakal, kahit na ang materyal ay may halos isang-ikaanim na density ng bakal.
Ang isa pang pangunahing tampok ng 2DPA-1 ay ang pagiging impermeable nito sa mga gas. Habang ang ibang mga polymer ay ginawa mula sa mga coiled chain na may mga gaps na nagpapahintulot sa mga gas na tumagos, ang bagong materyal ay ginawa mula sa mga monomer na nagsasara tulad ng mga LEGO, at ang mga molecule ay hindi maaaring makuha sa pagitan ng mga ito.
"Maaaring magbigay-daan ito sa amin na lumikha ng mga ultrathin coating na ganap na makakapigil sa pagpasok ng tubig o mga gas," sabi ni Strano. "Ang ganitong uri ng barrier coating ay maaaring gamitin upang protektahan ang metal sa mga kotse at iba pang sasakyan, o mga istrukturang bakal."
Pinag-aaralan na ngayon ni Strano at ng kanyang mga estudyante nang mas detalyado kung paano nagagawa ng partikular na polymer na ito na bumuo ng mga 2D sheet, at nag-eeksperimento sila sa pagbabago ng molecular makeup nito upang lumikha ng iba pang mga uri ng mga materyales sa nobela.
Ang pananaliksik ay pinondohan ng Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT) isang Energy Frontier Research Center na itinataguyod ng US Department of Energy Office of Science, at ng Army Research Laboratory.
Mapagkukunan mula sa Bagong Materyal na Magaan, Mas Matibay kaysa sa Bakal: Ang Bagong Substansya ay Bunga ng Isang Gawang Inaakalang Imposible: Pag-Polimerize ng Isang Materyal sa Dalawang Dimensyon
Makipag-ugnayan sa Balita:
email: [protektado ng email]
Tel: +86-28-8411-1861