นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างพลาสติกที่เทียบเท่ากับเหล็ก — แข็งแกร่งแต่ไม่หนัก พลาสติกซึ่งนักเคมีบางครั้งเรียกว่าโพลิเมอร์ เป็นโมเลกุลสายยาวประเภทหนึ่งที่ประกอบด้วยหน่วยการทำซ้ำสั้นๆ ที่เรียกว่าโมโนเมอร์ ซึ่งแตกต่างจากโพลิเมอร์ก่อนหน้านี้ที่มีความแข็งแรงเท่ากัน วัสดุชนิดใหม่เท่านั้น มาในรูปแบบเมมเบรน นอกจากนี้ยังกันอากาศเข้าได้ดีกว่าพลาสติกที่น้ำผ่านไม่ได้มากที่สุดในท้องตลาดถึง 50 เท่า ลักษณะเด่นอีกประการของโพลิเมอร์นี้คือความเรียบง่ายของการสังเคราะห์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง โดยต้องใช้วัสดุราคาถูกและ พอลิเมอร์สามารถผลิตได้ในแผ่นขนาดใหญ่ที่มีความหนาเพียงนาโนเมตรเท่านั้น นักวิจัยรายงานการค้นพบของพวกเขาเมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ในวารสาร Nature
วัสดุดังกล่าวเรียกว่าโพลีเอไมด์ ซึ่งเป็นเครือข่ายเกลียวของหน่วยโมเลกุลเอไมด์ (เอไมด์คือกลุ่มสารเคมีไนโตรเจนที่ติดอยู่กับอะตอมของคาร์บอนที่มีพันธะกับออกซิเจน) โพลิเมอร์ดังกล่าวรวมถึงเคฟลาร์ เส้นใยที่ใช้ทำเสื้อเกราะกันกระสุน และ Nomex ซึ่งเป็นสารกันไฟ ผ้าที่ทนทาน เช่นเดียวกับเคฟลาร์ โมเลกุลโพลีเอไมด์ในวัสดุชนิดใหม่นี้เชื่อมโยงถึงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนตลอดความยาวสายโซ่ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงโดยรวมของวัสดุ
“พวกมันติดกันเหมือนตีนตุ๊กแก” ไมเคิล สตราโน หัวหน้าทีมวิศวกรเคมีของ MIT กล่าว การฉีกวัสดุไม่เพียงแต่ต้องทำให้โซ่โมเลกุลแต่ละเส้นแตกเท่านั้น แต่ยังต้องเอาชนะพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลขนาดยักษ์ที่ซึมผ่านมัดโพลิเมอร์ทั้งหมดด้วย
นอกจากนี้ โพลิเมอร์ใหม่สามารถสร้างเกล็ดได้โดยอัตโนมัติ ทำให้วัสดุง่ายต่อการแปรรูป เนื่องจากสามารถทำเป็นฟิล์มบาง ๆ หรือใช้เป็นฟิล์มเคลือบพื้นผิวบาง ๆ โพลิเมอร์แบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะเติบโตเป็นสายโซ่เชิงเส้น หรือแตกแขนงซ้ำ ๆ และ เชื่อมโยงในสามมิติ โดยไม่คำนึงถึงการวางแนว แต่โพลิเมอร์ของ Strano เติบโตด้วยวิธีที่ไม่เหมือนใครในแบบ 2 มิติเพื่อสร้างแผ่นนาโน
“คุณรวมกระดาษเป็นแผ่นได้ไหม?ปรากฎว่า ในกรณีส่วนใหญ่ คุณจะทำไม่ได้จนกว่าจะทำงานของเรา” Strano กล่าว “ดังนั้นเราจึงพบกลไกใหม่”ในงานล่าสุดนี้ ทีมของเขาเอาชนะอุปสรรค์เพื่อให้การรวมสองมิติเป็นไปได้
เหตุผลที่โพลีอะราไมด์มีโครงสร้างระนาบคือการสังเคราะห์พอลิเมอร์เกี่ยวข้องกับกลไกที่เรียกว่า autocatalytic templating: เมื่อพอลิเมอร์ยืดยาวและเกาะติดกับโมโนเมอร์ เครือข่ายโพลีเมอร์ที่เพิ่มขึ้นจะชักนำให้โมโนเมอร์ที่ตามมารวมตัวกันในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้น เพื่อเสริมสร้างการรวมตัวกันของโพลีอะราไมด์ โครงสร้างแบบสองมิติ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเคลือบโพลิเมอร์ในสารละลายบนแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างง่ายดาย เพื่อสร้างแผ่นลามิเนตขนาดกว้างหนึ่งนิ้วที่มีความหนาน้อยกว่า 4 นาโนเมตร นั่นคือความหนาเกือบหนึ่งในล้านของกระดาษสำนักงานทั่วไป
ในการหาปริมาณคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุโพลีเมอร์ นักวิจัยวัดแรงที่ต้องใช้ในการเจาะรูในแผ่นวัสดุแขวนลอยด้วยเข็มขนาดเล็ก โพลีเอไมด์นี้มีความแข็งกว่าโพลีเมอร์ทั่วไป เช่น ไนลอน ซึ่งเป็นผ้าที่ใช้ทำร่มชูชีพ ต้องใช้แรงสองเท่าในการคลายเกลียวโพลิเอไมด์ที่แข็งแรงเป็นพิเศษนี้เป็นเหล็กที่มีความหนาเท่ากัน จากข้อมูลของ Strano สารนี้สามารถใช้เป็นสารเคลือบป้องกันบนพื้นผิวโลหะ เช่น แผ่นไม้อัดรถยนต์ หรือเป็นตัวกรองสำหรับทำน้ำให้บริสุทธิ์ ในฟังก์ชันหลังนี้ เมมเบรนกรองในอุดมคติต้องบางแต่แข็งแรงพอที่จะทนต่อแรงกดดันสูงโดยไม่รั่วไหลของสารปนเปื้อนขนาดเล็กที่ก่อความรำคาญไปสู่แหล่งจ่ายสุดท้ายของเรา ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุโพลีเอไมด์นี้
ในอนาคต Strano หวังที่จะขยายวิธีการโพลิเมอไรเซชันไปยังโพลิเมอร์ต่างๆ นอกเหนือจากเคฟลาร์อะนาล็อกนี้ "โพลิเมอร์อยู่รอบตัวเรา" เขากล่าว "พวกมันทำทุกอย่าง"ลองจินตนาการถึงการเปลี่ยนโพลิเมอร์ชนิดต่างๆ มากมาย แม้แต่ชนิดแปลกใหม่ที่สามารถนำไฟฟ้าหรือแสงให้เป็นฟิล์มบางๆ ที่สามารถคลุมพื้นผิวได้หลากหลาย เขากล่าวเสริม "เพราะกลไกใหม่นี้ อาจใช้โพลิเมอร์ชนิดอื่นๆ ได้แล้ว" สตาโน่กล่าว
ในโลกที่รายล้อมไปด้วยพลาสติก สังคมมีเหตุผลที่จะตื่นเต้นกับโพลิเมอร์ชนิดใหม่ที่มีสมบัติเชิงกลไม่ธรรมดา Strano กล่าว อะรามิดนี้มีความทนทานอย่างยิ่ง ซึ่งหมายความว่าเราสามารถใช้แทนพลาสติกในชีวิตประจำวันได้ ตั้งแต่สีไปจนถึงถุงไปจนถึงบรรจุภัณฑ์อาหาร ด้วยวัสดุที่น้อยลงและแข็งแรงขึ้น Strano เสริมว่าจากจุดยืนด้านความยั่งยืน โพลิเมอร์ 2 มิติที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษนี้เป็นขั้นตอนในทิศทางที่ถูกต้องในการปลดปล่อยโลกจากพลาสติก
Shi En Kim (ปกติเรียกว่าคิม) เป็นนักเขียนอิสระด้านวิทยาศาสตร์ที่เกิดในมาเลเซียและบรรณาธิการฝึกหัดบรรณาธิการ Popular Science Spring 2022 เธอได้เขียนอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับหัวข้อต่างๆ ตั้งแต่การใช้ใยแมงมุมแปลกๆ มนุษย์หรือแมงมุมเอง ไปจนถึงคนเก็บขยะ ในอวกาศ
ยานอวกาศ Starliner ของโบอิ้งยังไปไม่ถึงสถานีอวกาศนานาชาติ แต่ผู้เชี่ยวชาญมองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับเที่ยวบินทดสอบครั้งที่สาม
เราเป็นผู้เข้าร่วมในโปรแกรม Amazon Services LLC Associates Program ซึ่งเป็นโปรแกรมโฆษณาในเครือที่ออกแบบมาเพื่อมอบช่องทางให้เราได้รับค่าธรรมเนียมโดยเชื่อมโยงไปยัง Amazon.com และเว็บไซต์ในเครือ การลงทะเบียนหรือใช้เว็บไซต์นี้ถือเป็นการยอมรับข้อกำหนดในการให้บริการของเรา
เวลาโพสต์: พฤษภาคม 19-2022