科学者は鋼鉄に相当するプラスチックを作成しました — 強いが、重くありません.化学者がポリマーと呼ぶことがあるプラスチックは、モノマーと呼ばれる短い繰り返し単位で構成される長鎖分子のクラスです.同じ強度の以前のポリマーとは異なり、新しい材料のみまた、市場で最も不浸透性のプラスチックよりも 50 倍の気密性があります。このポリマーのもう 1 つの注目すべき点は、合成が簡単なことです。室温で行われるこのプロセスには、安価な材料しか必要ありません。ポリマーは、わずかナノメートルの厚さの大きなシートで大量生産することができます。
問題の材料はポリアミドと呼ばれ、アミド分子単位のねじれたネットワークです (アミドは、酸素結合した炭素原子に結合した窒素化学基です)。このようなポリマーには、防弾チョッキを作るために使用される繊維であるケブラーや、防弾チョッキを作るために使用される繊維であるノーメックスが含まれます。ケブラーと同様に、新しい素材のポリアミド分子は、鎖の全長に沿って水素結合によって互いに結合されており、素材の全体的な強度を高めています。
「それらはマジック テープのようにくっつきます」と、MIT の化学エンジニアである筆頭著者の Michael Strano 氏は述べています。
さらに、新しいポリマーは自動的にフレークを形成できます。これにより、材料を薄膜にしたり、薄膜表面コーティングとして使用したりできるため、材料の加工が容易になります。従来のポリマーは、直鎖として成長するか、分岐と繰り返しを繰り返す傾向があります。しかし、Strano のポリマーは独自の方法で 2D に成長し、ナノシートを形成します。
「一枚の紙に集約できますか？ほとんどの場合、私たちの仕事が終わるまでそれを行うことはできません」と Strano 氏は言いました。「そこで、新しいメカニズムを見つけました。」この最近の研究で、彼のチームはこの 2 次元の集計を可能にするハードルを克服しました。
ポリアラミドが平面構造を持っている理由は、ポリマー合成が自己触媒テンプレートと呼ばれるメカニズムを含むためです。ポリマーが長くなり、モノマービルディングブロックにくっつくと、成長するポリマーネットワークが後続のモノマーを正しい方向にのみ結合させ、結合を強化します。研究者は、溶液中のポリマーをウエハー上に簡単にコーティングして、厚さ 4 ナノメートル未満のインチ幅のラミネートを作成できることを実証しました。これは、通常の事務用紙の厚さのほぼ 100 万分の 1 です。
ポリマー材料の機械的特性を定量化するために、研究者は、吊り下げられた材料のシートに細い針で穴を開けるのに必要な力を測定しました.このポリアミドは、パラシュートを作るために使用される生地であるナイロンのような従来のポリマーよりも確かに硬いです.驚くべきことに、この超強力ポリアミドを緩めるには、同じ厚さのスチールの 2 倍の力が必要です。Strano によると、この物質は、自動車のベニヤなどの金属表面の保護コーティングとして、または水を浄化するためのフィルターとして使用できます。後者の機能では、理想的なフィルター メンブレンは薄くても高圧に耐えられるだけの十分な強度が必要であり、小さな有害な汚染物質が最終供給に漏れることはありません。これは、このポリアミド素材に最適です。
将来的に、Strano は重合法をこのケブラー アナログを超えて、さまざまなポリマーに拡張したいと考えています。さまざまな種類のポリマー、電気や光を伝導できる特殊なポリマーなどを、さまざまな表面を覆う薄膜に変えることを想像してみてください.「この新しいメカニズムのおかげで、他の種類のポリマーを使用できるようになる可能性があります.」スタノは言った。
プラスチックに囲まれた世界では、機械的特性が普通ではない別の新しいポリマーに社会が興奮する理由がある.このアラミドは非常に耐久性がある. Strano 氏は、持続可能性の観点から、この超強力な 2D ポリマーは、世界をプラスチックから解放するための正しい方向への一歩であると付け加えました。
Shi En Kim (普段は Kim と呼ばれています) は、マレーシア生まれのフリーランス サイエンス ライターであり、Popular Science Spring 2022 の編集インターンです。彼女は、クモの巣 (人間またはクモ自体) の風変わりな使用法からガベージ コレクターに至るまで、さまざまなトピックについて幅広く執筆しています。宇宙空間で。
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投稿時間: 2022 年 5 月 19 日