과학자들은 강하지만 무겁지 않은 강철과 동등한 플라스틱을 만들었습니다. 화학자들이 때때로 폴리머라고 부르는 플라스틱은 모노머라고 하는 짧은 반복 단위로 구성된 긴 사슬 분자의 한 종류입니다. 동일한 강도의 이전 폴리머와 달리 새로운 재료는 멤브레인 형태로 제공됩니다. 또한 시장에서 가장 불침투성 플라스틱보다 50배 더 기밀합니다. 이 폴리머의 또 다른 주목할만한 측면은 합성의 단순성입니다. 실온에서 진행되는 공정은 값싼 재료만 필요하며, 폴리머는 두께가 나노미터에 불과한 대형 시트로 대량 생산될 수 있습니다. 연구원들은 2월 2일 Nature 저널에 연구 결과를 보고했습니다.
문제의 재료는 아미드 분자 단위의 나사산 네트워크인 폴리아미드라고 합니다(아미드는 산소 결합 탄소 원자에 부착된 질소 화학 그룹입니다). Kevlar와 마찬가지로 새로운 소재의 폴리아미드 분자는 사슬의 전체 길이를 따라 수소 결합으로 서로 연결되어 소재의 전반적인 강도를 향상시킵니다.
MIT 화학공학자인 마이클 스트라노(Michael Strano)는 "그들은 벨크로처럼 서로 붙어 있다"고 말했다. 재료를 찢으려면 개별 분자 사슬을 끊을 뿐만 아니라 전체 폴리머 번들에 스며드는 거대한 분자간 수소 결합을 극복해야 한다.
또한 새로운 폴리머는 플레이크를 자동으로 형성할 수 있습니다. 따라서 박막으로 만들거나 박막 표면 코팅으로 사용할 수 있으므로 재료를 쉽게 가공할 수 있습니다. 기존 폴리머는 선형 사슬로 성장하거나 반복적으로 가지와 방향에 관계없이 3차원으로 연결됩니다. 그러나 Strano의 폴리머는 2D에서 고유한 방식으로 성장하여 나노시트를 형성합니다.
“종이에 집계할 수 있습니까?대부분의 경우 우리가 작업할 때까지는 할 수 없는 것으로 나타났습니다.” Strano가 말했습니다. “그래서 우리는 새로운 메커니즘을 찾았습니다.”이 최근 작업에서 그의 팀은 이 2차원 집계를 가능하게 하는 장애물을 극복했습니다.
폴리아라미드가 평면 구조를 갖는 이유는 폴리머 합성이 자가촉매 템플레이팅이라는 메커니즘을 포함하기 때문입니다. 폴리머가 길어지고 모노머 빌딩 블록에 달라붙으면서 성장하는 폴리머 네트워크는 후속 모노머가 올바른 방향으로만 결합하도록 유도하여 결합을 강화합니다. 2차원 구조. 연구원들은 4나노미터 두께 미만의 1인치 폭 라미네이트를 만들기 위해 웨이퍼에 용액의 폴리머를 쉽게 코팅할 수 있음을 시연했습니다. 이는 일반 사무용 용지의 거의 100만분의 1 두께입니다.
폴리머 재료의 기계적 특성을 정량화하기 위해 연구원들은 매달린 재료 시트에 미세한 바늘로 구멍을 뚫는 데 필요한 힘을 측정했습니다. 이 폴리아미드는 실제로 낙하산을 만드는 데 사용되는 직물인 나일론과 같은 기존 폴리머보다 더 강합니다. 이 초강력 폴리아미드를 풀려면 동일한 두께의 강철보다 두 배의 힘이 필요합니다. Strano에 따르면 이 물질은 자동차 베니어판과 같은 금속 표면의 보호 코팅이나 물을 정화하는 필터로 사용할 수 있습니다. 후자의 기능에서 이상적인 필터 멤브레인은 얇지만 작은 성가신 오염 물질이 최종 공급 장치로 누출되지 않고 고압을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다. 이 폴리아미드 소재에 완벽하게 맞습니다.
앞으로 Strano는 중합 방법을 이 Kevlar 아날로그를 넘어 다른 폴리머로 확장하기를 희망합니다. "폴리머는 우리 주변 어디에나 있습니다."전기나 빛을 전도할 수 있는 이국적인 폴리머를 포함하여 다양한 종류의 폴리머를 다양한 표면을 덮을 수 있는 박막으로 바꾸는 것을 상상해 보십시오. "이 새로운 메커니즘 때문에 다른 종류의 폴리머를 사용할 수 있습니다." 스타노가 말했다.
플라스틱으로 둘러싸인 세상에서 사회는 기계적 특성이 결코 평범하지 않은 또 다른 새로운 폴리머에 대해 흥분할 이유가 있다고 Strano는 말했습니다. 이 아라미드는 내구성이 매우 뛰어나 페인트에서 가방, 식품 포장에 이르기까지 일상적인 플라스틱을 대체할 수 있습니다. Strano는 지속 가능성 관점에서 이 초강력 2D 폴리머가 세상을 플라스틱으로부터 해방시키는 올바른 방향으로 나아가는 단계라고 덧붙였습니다.
Shi En Kim(보통 Kim이라고 함)은 말레이시아 태생의 프리랜서 과학 작가이자 Popular Science 2022년 봄 편집 인턴입니다. 우주 공간에서.
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게시 시간: 2022년 5월 19일