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    MIT開發新型輕質材料比鋼更堅固

    來源:TechTMT.Com  作者:整理  日期:2022-02-10 10:27:08

    麻省理工學院的化學工程師使用一種新的聚合工藝,創造了一種比鋼更堅固、像塑料一樣輕的新材料,并且可以很容易地大量制造。這種新材料是一種二維聚合物,可以自組裝成薄片,與所有其他聚合物不同,后者形成一維的意大利面條狀鏈。到目前為止,科學家們一直認為不可能誘導聚合物形成二維片材。麻省理工學院 Carbon P. Dubbs 化學工程教授、該研究的資深作者 Michael Strano 說,這種材料可以用作汽車零件或手機的輕質耐用涂層,也可以用作橋梁或其他結構的建筑材料。

    聚合物科學家長期以來一直假設,如果可以誘導聚合物長成二維片材,它們應該會形成極其堅固、輕質的材料。然而,在該領域數十年的工作得出的結論是,不可能創建這樣的表。造成這種情況的一個原因是,如果只有一個單體向上或向下旋轉,超出生長片的平面,材料將開始在三個維度上膨脹,片狀結構將丟失。

    然而,在這項新研究中,斯特拉諾和他的同事們提出了一種新的聚合工藝,使他們能夠生成一種稱為聚芳酰胺的二維片材。對于單體結構單元,他們使用一種叫做三聚氰胺的化合物,它含有一個碳和氮原子環。在適當的條件下,這些單體可以二維生長,形成圓盤。這些圓盤相互堆疊,通過層間的氫鍵結合在一起,使結構非常穩定和堅固。由于材料在溶液中自組裝,因此可以通過簡單地增加起始材料的數量來大量制造。研究人員表明,他們可以在表面涂上這種材料的薄膜,他們稱之為 2DPA-1。

    研究人員發現,新材料的彈性模量——衡量材料變形所需的力——比防彈玻璃高四到六倍。他們還發現,盡管材料的密度只有鋼的六分之一,但它的屈服強度,或者說破壞材料所需的力量是鋼的兩倍。2DPA-1 的另一個關鍵特性是它不透氣。雖然其他聚合物是由帶有間隙的盤繞鏈制成的,可以讓氣體滲入,但這種新材料是由像樂高積木一樣鎖在一起的單體制成的,分子無法進入它們之間。

    研究人員已經就他們用來生成這種材料的過程申請了兩項專利,他們在今天發表在《自然》雜志上的一篇論文中對此進行了描述。麻省理工學院博士后 Yuwen Zeng 是該研究的主要作者。

    分類:科技
    標簽:材料
    編輯:tmt
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