比塑料輕比鋼強MIT工程團隊研發出新型超薄材料
麻省理工學院的工程團隊近期開發出了一種新的超薄材料,重量比塑料輕,但強度要高於鋼。這種新型耐用材料採用了一種以前認為不可能的製造技術,可以用於車輛或者電子產品。
聚合物是賦予材料多功能的關鍵,其中最典型的例子就是塑料。在顯微鏡下,聚合物通常看起來像蠕動的線,是由稱為單體(monomers)的單元組成的一維鏈,但它們可以通過注射成型等製造方法形成三維的形狀。
不過想要讓聚合物形成二維材料是非常困難的。雖然一些團隊已經取得了一些成功,但所產生的材料有缺陷,降低了它們的強度或其他理想的性能。在麻省理工學院的一項新研究中,他們已經開發出了一種新的生產方法,使聚合物能夠形成二維片,同時保持其強度不變。
該團隊開始使用三聚氰胺作為單體,它有一個碳和氮環的結構。在暴露於恰到好處的條件下的溶液中,這些分子側向生長成盤狀,然後相互堆疊,用氫鍵將各層固定在一起。
該研究的資深作者邁克爾·斯特拉諾(Michael Strano)說:“我們可以製作一個類似意大利麵條的分子,而不是製作一個片狀的分子平面,我們讓分子在兩個維度上將自己勾在一起。這種機制在溶液中自發地發生,在我們合成這種材料之後,我們可以很容易地旋塗薄膜,這種薄膜特別堅固”。
研究小組將這種材料稱為2DPA-1,它有一些令人印象深刻的特性。儘管它非常薄且輕,但這種聚合物的強度是鋼的兩倍,而且需要比防彈玻璃多六倍的力量才能使其變形。它對氣體和液體也是完全不滲透的。有了這些能力,2DPA-1 可以成為車輛、智能手機等電子設備的輕質、耐用、防水的塗層,甚至可以作為建築材料使用。
Michael Strano 表示:“我們通常不認為塑料是你可以用來支撐建築物的東西,但是有了這種材料,你就可以實現新的東西。它有很不尋常的特性,我們對此感到非常興奮”。