Yeni malzeme, diğer tüm polimerlerin aksine, tek boyutlu, spagetti benzeri zincirler oluşturmak yerine, kendiliğinden tabakalar halinde birleşen, melaminden yapılmış iki boyutlu bir polimerdir. Şimdiye kadar bilim insanları, polimerlerin 2 boyutlu tabakalar oluşturmasını sağlamanın imkansız olduğuna inanıyorlardı.
MIT'de Kimya Mühendisliği Karbon P. Dubbs Profesörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Michael Strano, böyle bir malzemenin araba parçaları veya cep telefonları için hafif ve dayanıklı bir kaplama olarak veya köprüler veya diğer yapılar için bir yapı malzemesi olarak kullanılabileceğini söylüyor.
"Genellikle plastikleri bir binayı desteklemek için kullanabileceğiniz bir şey olarak düşünmeyiz, ancak bu malzemeyle yeni şeyler yaratabilirsiniz," diyor. "Çok sıra dışı özelliklere sahip ve bu konuda çok heyecanlıyız."
Araştırmacılar, malzemeyi üretmek için kullandıkları süreçle ilgili iki patent başvurusunda bulundular ve bu süreci bugün Nature dergisinde yayımlanan bir makalede açıkladılar . Çalışmanın baş yazarı MIT'den doktora sonrası araştırmacı Yuwen Zeng'dir.
İkili boyutlar
Tüm plastikleri içeren polimerler, monomer adı verilen yapı taşı zincirlerinden oluşur. Bu zincirler, uçlarına yeni moleküller eklenerek büyür. Polimerler, oluşturulduktan sonra enjeksiyon kalıplama kullanılarak su şişeleri gibi üç boyutlu nesnelere dönüştürülebilir.
Polimer bilimcileri uzun zamandır, polimerlerin iki boyutlu bir tabaka halinde büyümeye teşvik edilebilmesi durumunda son derece güçlü, hafif malzemeler oluşturmaları gerektiği hipotezini ileri sürmüşlerdir. Ancak, bu alanda onlarca yıl süren çalışmalar, böyle tabakalar oluşturmanın imkansız olduğu sonucuna varmıştır. Bunun bir nedeni, sadece bir monomerin büyüyen tabakanın düzleminin dışına doğru yukarı veya aşağı dönmesi durumunda, malzemenin üç boyutta genişlemeye başlaması ve tabaka benzeri yapının kaybolmasıdır.
Ancak yeni çalışmada Strano ve meslektaşları, poliaramid adı verilen iki boyutlu bir tabaka üretmelerine olanak tanıyan yeni bir polimerizasyon süreci geliştirdiler. Monomer yapı taşları için, karbon ve nitrojen atomlarından oluşan bir halka içeren melamin adı verilen bir bileşik kullanıyorlar. Doğru koşullar altında, bu monomerler iki boyutta büyüyerek diskler oluşturabilirler. Bu diskler, katmanlar arasındaki hidrojen bağları tarafından bir arada tutularak birbirlerinin üzerine istiflenir ve bu da yapıyı çok kararlı ve güçlü hale getirir.
Strano, "Spagetti benzeri bir molekül yapmak yerine, moleküllerin iki boyutta birbirine bağlanmasını sağlayan tabaka benzeri bir moleküler düzlem yapabiliriz" diyor. "Bu mekanizma çözeltide kendiliğinden gerçekleşir ve malzemeyi sentezledikten sonra, olağanüstü güçlü ince filmleri kolayca döndürerek kaplayabiliriz."
Malzeme çözeltide kendiliğinden birleştiği için, sadece başlangıç malzemelerinin miktarını artırarak büyük miktarlarda üretilebilir. Araştırmacılar, 2DPA-1 adını verdikleri malzemenin filmleriyle yüzeyleri kaplayabileceklerini gösterdiler.
Strano, "Bu gelişmeyle, çok daha güçlü, ancak son derece ince bir malzemeye dönüştürülmesi çok daha kolay olacak düzlemsel moleküllere sahip olacağız" diyor.
Hafif ama güçlü
Araştırmacılar, yeni malzemenin elastik modülünün (bir malzemeyi deforme etmek için ne kadar kuvvet gerektiğinin ölçüsü) kurşun geçirmez camdan dört ila altı kat daha fazla olduğunu buldular. Ayrıca, malzemenin akma dayanımının veya malzemeyi kırmak için ne kadar kuvvet gerektiğinin, malzemenin yoğunluğunun çeliğin yalnızca altıda biri kadar olmasına rağmen, çeliğin iki katı olduğunu buldular.
2DPA-1'in bir diğer önemli özelliği gazlara karşı geçirgen olmamasıdır. Diğer polimerler gazların sızmasına izin veren boşluklara sahip sarmal zincirlerden yapılırken, yeni malzeme LEGO'lar gibi birbirine kenetlenen monomerlerden yapılmıştır ve moleküller aralarına giremez.
Strano, "Bu, suyun veya gazların geçmesini tamamen engelleyebilecek ultra ince kaplamalar oluşturmamızı sağlayabilir" diyor. "Bu tür bariyer kaplamalar, arabalardaki ve diğer araçlardaki metalleri veya çelik yapıları korumak için kullanılabilir."
Strano ve öğrencileri şimdi bu özel polimerin nasıl 2 boyutlu tabakalar oluşturabildiğini daha detaylı bir şekilde inceliyorlar ve diğer yeni malzemeler yaratmak için moleküler yapısını değiştirmeyi deniyorlar.
Araştırma, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından desteklenen Enerji Sınırı Araştırma Merkezi, Geliştirilmiş Nanofluidik Taşımacılık Merkezi (CENT) ve Ordu Araştırma Laboratuvarı tarafından finanse edildi.
Yeni hafif malzeme çelikten daha güçlü: Bu yeni madde, imkansız olduğu düşünülen bir başarının sonucu: Bir malzemenin iki boyutta polimerleştirilmesi — ScienceDaily
Haberler İletişim:
E-posta: [e-posta korumalı]
Tel: + 86-28-8411-1861