به تازگی نوعی پلیمر دوبعدی که به صورت خودکار مونتاژ می‌شود و به صورت ورقه‌هایی در می‌آید که می‌توان آنها را به صورت لوله نیز درآورد تولید شده است که قوی‌تر از فولاد و به سبکی پلاستیک است.
چنین ماده ای می تواند به عنوان یک پوشش سبک وزن و بادوام برای قطعات خودرو یا تلفن های همراه یا به عنوان مصالح ساختمانی برای پل ها یا سازه های دیگر استفاده شود.
دانشمندان پلیمر مدت‌ها فرضیه‌ای را مطرح کرده بودند که؛ اگر بتوان پلیمرها را وادار کرد تا به یک صفحه دو بعدی تبدیل شوند، باید مواد بسیار قوی و سبک وزنی را تشکیل دهند.
مهندسان شیمی MIT با استفاده از فرآیند پلیمریزاسیون جدید، ماده جدیدی ساخته اند که از فولاد قوی تر و به سبکی پلاستیک است و به راحتی می توان آن را در مقادیر زیاد تولید کرد.
این ماده جدید یک پلیمر دو بعدی است که بر خلاف سایر پلیمرها که زنجیره‌های یک بعدی و اسپاگتی مانند را تشکیل می‌دهند، به‌صورت خود مونتاژ هستند. تا به حال، دانشمندان معتقد بودند که القای پلیمرها برای تشکیل صفحات دو بعدی غیرممکن است.
چنین ماده ای می تواند به عنوان یک ماده سبک وزن استفاده شود، پوشش بادوام برای قطعات خودرو یا تلفن های همراه یا به عنوان مصالح ساختمانی برای پل ها یا سازه های دیگر
مایکل استرانو، پروفسور Carbon P. Dubbs در مهندسی شیمی در MIT و نویسنده ارشد مطالعه جدید می گوید:
«ما معمولاً پلاستیک را چیزی نمی‌دانیم که بتوان از آن برای افزایش مقاومت ساختمان استفاده کرد، اما با این مواد می‌توان چیزهای جدیدی را تولید کرد که خواص بسیار غیرمعمولی دارند و ما از این بابت بسیار هیجان‌زده هستیم.»
محققان در مورد فرآیندی که برای تولید این ماده استفاده کردند، دو حق ثبت اختراع دریافت کرده‌اند که در مقاله‌ای که امروز در نیچر منتشر شده است، توضیح داده‌اند. یوون زنگ، فوق دکترای MIT، نویسنده اصلی این مطالعه است.
پلیمرها که شامل تمام پلاستیک‌ها می‌شوند از زنجیره‌ای از بلوک‌های ساختمانی به نام مونومر تشکیل شده‌اند. این زنجیره ها با افزودن مولکول های جدید به انتهای خود رشد می کنند. پس از تشکیل، پلیمرها را می توان با استفاده از قالب گیری تزریقی به اشیاء سه بعدی مانند بطری های آب تبدیل کرد.
دانشمندان پلیمر، مدت‌ها فرضیه‌ای را مطرح کرده‌اند که اگر بتوان پلیمرها را وادار کرد تا به یک صفحه دو بعدی تبدیل شوند، باید مواد بسیار قوی و سبک وزنی را تشکیل دهند. با این حال، چندین دهه کار در این زمینه به این نتیجه رسید که ایجاد چنین ورق هایی غیرممکن است. یکی از دلایل این امر این بود که اگر فقط یک مونومر به سمت بالا یا پایین، خارج از صفحه ورقه در حال رشد بچرخد، مواد به صورت سه بعدی شروع به رشد می کنند و ساختار ورقه مانند از بین می رود.
با این حال، در مطالعه جدید، استرانو و همکارانش فرآیند پلیمریزاسیون جدیدی را ارائه کردند که به آنها اجازه می‌دهد یک صفحه دو بعدی به نام پلی آرامید تولید کنند. برای بلوک های سازنده مونومر، از ترکیبی به نام ملامین استفاده می کنند که حاوی حلقه ای از اتم های کربن و نیتروژن است.
شرایط مناسب، این مونومرها می توانند در دو بعد رشد کرده و دیسک را تشکیل دهند. این دیسک‌ها روی هم قرار می‌گیرند و توسط پیوندهای هیدروژنی بین لایه‌ها به هم متصل می‌شوند که ساختار را بسیار پایدار و قوی می‌کند.
استرانو می‌گوید: «به‌جای ساخت یک مولکول اسپاگتی مانند، می‌توانیم یک صفحه مولکولی ورقه مانند بسازیم، جایی که مولکول‌ها را در دو بعد به هم متصل می‌کنیم».
این مکانیسم به طور خود به خود در محلول اتفاق می‌افتد و پس از سنتز مواد، می‌توانیم به راحتی لایه‌های نازکی را که فوق‌العاده قوی هستند، بچرخانیم.
از آنجایی که مواد در محلول به خودی خود جمع می شوند، می توان آن را در مقادیر زیادی به سادگی با افزایش مقدار مواد اولیه ساخت. محققان نشان دادند که می‌توانند سطوح را با لایه‌هایی از این ماده که 2DPA-1 نامیده می‌شود، بپوشانند.
استرانو می‌گوید: «با این پیشرفت، ما مولکول‌های مسطحی داریم که تبدیل آنها به یک ماده بسیار قوی، اما بسیار نازک بسیار آسان‌تر خواهد بود».
محققان دریافتند که مدول الاستیک ماده جدید - معیاری از میزان نیروی لازم برای تغییر شکل یک ماده - بین چهار تا شش برابر بیشتر از شیشه ضد گلوله است.
آنها همچنین دریافتند که قدرت تسلیم آن، یا میزان نیرویی که برای شکستن مواد لازم است، دو برابر فولاد است، باوجود اینکه این ماده فقط یک ششم چگالی فولاد را دارد.
متیو تیرل، رئیس دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگو، می‌گوید که این تکنیک جدید «واکنش شیمی بسیار خلاقانه‌ای برای ساخت این پلیمرهای دو بعدی است.»
تیرل که در این زمینه نقشی نداشت، می‌گوید: «یک جنبه مهم این پلیمرهای جدید این است که آنها به راحتی در محلول قابل پردازش هستند، که کاربردهای جدید متعددی را در مواردی که نسبت استحکام به وزن بالا مهم است، مانند مواد کامپوزیت جدید یا مانع انتشار تسهیل می‌کند.
یکی دیگر از ویژگی های کلیدی 2DPA-1 این است که در برابر گازها نفوذ ناپذیر است. در حالی که سایر پلیمرها از زنجیره های مارپیچ با شکاف هایی ساخته می شوند که به گازها اجازه نفوذ می دهد، ماده جدید از مونومرهایی ساخته شده است که مانند لگوها به هم قفل می شوند و مولکول ها نمی توانند بین آنها قرار بگیرند.
استرانو می‌گوید: «این می‌تواند به ما امکان ایجاد پوشش‌های بسیار نازک را بدهد که می‌تواند به طور کامل از عبور آب یا گازها جلوگیری کند. این نوع پوشش مانع می تواند برای محافظت از فلز در اتومبیل ها و سایر وسایل نقلیه یا سازه های فولادی استفاده شود.»
استرانو و شاگردانش اکنون با جزئیات بیشتری در حال مطالعه این هستند که چگونه این پلیمر خاص قادر به تشکیل صفحات دو بعدی است و آنها در حال آزمایش با تغییر ساختار مولکولی آن برای ایجاد انواع دیگری از مواد جدید هستند.
این تحقیق توسط مرکز انتقال نانوسیال پیشرفته (CENT) یک مرکز تحقیقات مرزی انرژی که توسط اداره علوم وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش حمایت مالی می شود، تامین شده است.
فروشگاه اینترنتی همراه فلز با هدف تامین، توزیع و تولید مقاطع فولادی و آهن آلات به روز ترین مقالات در حوزه آه و ساختمان را در اختیار مشتریان و خوانندگان عزیز قرار می دهد.
