Ang bag-ong materyal usa ka two-dimensional polymer, nga hinimo gikan sa melamine , nga mag-assemble sa iyang kaugalingon ngadto sa mga sheet, dili sama sa tanang ubang polymers, nga nagporma og one-dimensional, sama sa spaghetti nga mga kadena. Hangtod karon, ang mga siyentista nagtuo nga imposible ang pag-aghat sa mga polymer sa pagporma og 2D sheets.
Ang maong materyal mahimong gamiton isip gaan ug lig-on nga pangtabon para sa mga piyesa sa sakyanan o mga cellphone, o isip materyales sa pagtukod para sa mga taytayan o uban pang mga istruktura, matod ni Michael Strano, ang Carbon P. Dubbs Professor sa Chemical Engineering sa MIT ug ang senior author sa bag-ong pagtuon.
“Kasagaran dili namo hunahunaon ang mga plastik isip usa ka butang nga magamit nimo sa pagsuporta sa usa ka bilding, apan uban niining materyal, mahimo nimong mapalihok ang mga bag-ong butang,” ingon niya. “Kini adunay talagsaon nga mga kabtangan ug nalipay kaayo kami bahin niana.”
Ang mga tigdukiduki nag-file og duha ka patente sa proseso nga ilang gigamit sa pagmugna sa materyal, nga ilang gihulagway sa usa ka papel nga migawas karong adlawa sa Nature . Ang postdoc sa MIT nga si Yuwen Zeng mao ang nanguna nga tagsulat sa pagtuon.
Duha ka dimensyon
Ang mga polimer, nga naglakip sa tanang plastik, gilangkoban sa mga kadena sa mga bloke sa pagtukod nga gitawag og mga monomer. Kini nga mga kadena motubo pinaagi sa pagdugang og bag-ong mga molekula sa ilang mga tumoy. Kung maporma na, ang mga polimer mahimong pormahon ngadto sa tulo-ka-dimensyon nga mga butang, sama sa mga botelya sa tubig, gamit ang injection molding.
Dugay nang gipangagpas sa mga siyentista sa polimer nga kon ang mga polimer mahimong maaghat sa pagtubo ngadto sa usa ka two-dimensional sheet, kini kinahanglan nga mahimong kusgan kaayo ug gaan nga mga materyales. Bisan pa, ang daghang dekada nga trabaho niini nga natad misangpot sa konklusyon nga imposible ang paghimo sa ingon nga mga sheet. Usa ka hinungdan niini mao nga kon usa lang ka monomer ang motuyok pataas o paubos, gikan sa eroplano sa nagtubo nga sheet, ang materyal magsugod sa pagpalapad sa tulo ka dimensyon ug ang istruktura nga sama sa sheet mawala.
Apan, sa bag-ong pagtuon, si Strano ug ang iyang mga kauban nakahimo og bag-ong proseso sa polymerization nga nagtugot kanila sa pagmugna og two-dimensional sheet nga gitawag og polyaramide. Para sa mga monomer building blocks, migamit sila og compound nga gitawag og melamine, nga adunay singsing sa carbon ug nitrogen atoms. Ubos sa hustong kondisyon, kining mga monomer mahimong motubo sa duha ka dimensyon, nga magporma og mga disk. Kining mga disk magtapok sa ibabaw sa usag usa, nga gihiusa sa mga hydrogen bond tali sa mga layer, nga naghimo sa istruktura nga lig-on ug lig-on.
“Imbis nga maghimo og molekula nga sama sa spaghetti, makahimo kita og molekular nga sama sa sheet, diin ang mga molekula magkonektar sa duha ka dimensyon,” matod ni Strano. “Kini nga mekanismo mahitabo nga espontanyo sa solusyon, ug human nato ma-synthesize ang materyal, dali ra natong ma-spin-coat ang nipis nga mga pelikula nga talagsaon ka lig-on.”
Tungod kay ang materyal mo-assemble sa iyang kaugalingon sa solusyon, mahimo kini nga himuon sa daghang gidaghanon pinaagi lang sa pagdugang sa gidaghanon sa mga sinugdanang materyales. Gipakita sa mga tigdukiduki nga mahimo nilang tabunan ang mga nawong og mga pelikula sa materyal, nga ilang gitawag nga 2DPA-1.
"Uban niining pag-uswag, aduna kitay mga planar nga molekula nga mas sayon nga himoon nga usa ka lig-on kaayo, apan nipis kaayo nga materyal," matod ni Strano.
Gaan pero kusgan
Nakaplagan sa mga tigdukiduki nga ang elastic modulus sa bag-ong materyal — usa ka sukod sa kusog nga gikinahanglan aron mabag-o ang porma sa usa ka materyal — tali sa upat ug unom ka pilo nga mas dako kaysa sa bulletproof glass. Nakaplagan usab nila nga ang yield strength niini, o ang kusog nga gikinahanglan aron mabuak ang materyal, doble sa asero, bisan kung ang materyal adunay mga un-unom lang nga bahin sa densidad sa asero.
Laing importanteng bahin sa 2DPA-1 mao nga dili kini masudlan og mga gas. Samtang ang ubang mga polymer ginama gikan sa naglikoliko nga mga kadena nga adunay mga gintang nga nagtugot sa mga gas nga makasulod, ang bag-ong materyal ginama gikan sa mga monomer nga nag-lock sama sa mga LEGO, ug ang mga molekula dili makalusot taliwala niini.
“Kini makahimo nato og nipis kaayong mga coating nga hingpit nga makapugong sa pag-agi sa tubig o mga gas,” matod ni Strano. “Kini nga matang sa barrier coating magamit sa pagpanalipod sa metal sa mga sakyanan ug uban pang mga sakyanan, o mga istruktura nga asero.”
Si Strano ug ang iyang mga estudyante nagtuon na karon og mas detalyado kon giunsa kini nga partikular nga polimer makahimo og 2D sheets, ug sila nag-eksperimento sa pag-usab sa molekular nga pagkagama niini aron makahimo og ubang mga matang sa nobela nga mga materyales.
Ang panukiduki gipondohan sa Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT) usa ka Energy Frontier Research Center nga gipasiugdahan sa US Department of Energy Office of Science, ug sa Army Research Laboratory.
Kontaka sa Balita:
Email: [protektado sa email]
Tel: + 86-28-8411-1861