Легше, ніж пластик і міцніше, ніж сталь: інженери MIT розробили новий матеріал для смартфонів

Учені з Массачусетського технічного інституту (MIT) розробили надлегкий і надміцний полімерний матеріал, який може знайти широке застосування у техніці. Подробиці дослідження опубліковано на сайті навчального закладу.

Інженери на чолі з Цвеном Цзенем вигадали новий процес полімеризації для створення революційної речовини під назвою 2DPA-1. Матеріал можна легко виготовляти у великих обсягах і використовувати для покриття смартфонів, деталей автомобілів, а також для будівництва мостів чи інших складних конструкцій.

Полімери, враховуючи всі види пластмаси, складаються з ланцюжків блоків, які називаються мономерами. Ці ланцюги нарощують нові молекули на свої кінчики, а після формування їх можна відлити на тривимірні об'єкти під великим тиском. Дослідники зробили те, що раніше вважалося неможливим — отримали полімер, який самостійно формується у двовимірні листи, названі поліармідами. Дослідники подали дві патентні заявки на процес полімеризації.

"Зазвичай ми не думаємо про пластик як про те, що можна використовувати для підтримки будівлі, але з цим матеріалом ви можете створювати нові речі. У нього дуже незвичайні властивості, і ми дуже цьому раді", — заявив професор Майкл Страно.

Автори дослідження з'ясували, що сила, необхідна для деформації речовини (модуль пружності) в 4-6 разів вища, ніж у куленепробивного скла. Для руйнування 2DPA-1 необхідно докласти більше зусиль, ніж для сталі, хоча його щільність у шість разів менша. Ще однією важливою властивістю 2DPA-1 є газонепроникність. Інженери припускають, що за допомогою нового полімеру можна створювати покриття, які здатні унеможливити проникнення води або повітря. Таке покриття захистить металеві конструкції від корозії.

Хіміки припустили, що полімери у вигляді плоских листів повинні бути надзвичайно легкими та міцними. Проблема в тому, що якщо хоча б один ланцюжок виб'ється з площини, матеріал почне рости у трьох вимірах і перестане бути плоским. Для її вирішення вчені з MIT використовували речовину під назвою меламін, в якій азот і водень формують кільце. В особливих умовах такі мономери можуть формуватися як двомірні диски, які накладаються один на одний. Унаслідок утворюється шарувата структура, укріплена водневими зв'язками, вона відрізняється високою міцністю і стабільністю.

"Замість того, щоб робити молекулу, схожу на спагеті, ми можемо створити плоску молекулярну пластину, де ми змушуємо молекули з'єднуватися одна з одною у двох вимірах. Цей механізм відбувається спонтанно у розчині, і після того, як ми синтезуємо матеріал, ми можемо легко наносити центрифугуванням на тонкі плівки, які мають надзвичайну міцність", — пояснив Майкл Страно.

Раніше в Австралії вчені винайшли новий матеріал, який зробить батареї дешевими та довговічними. Нанопластинки добре проводять електрику та легко обробляються.