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比塑料轻比钢强 MIT工程团队研发出新型超薄材料

 王欣荣rhdvlfqi 2022-02-04

原创

麻省理工学院的工程团队近期开发出了一种新的超薄材料,重量比塑料轻,但强度要高于钢。这种新型耐用材料采用了一种以前认为不可能的制造技术,可以用于车辆或者电子产品。

聚合物是赋予材料多功能的关键,其中最典型的例子就是塑料。在显微镜下,聚合物通常看起来像蠕动的线,是由称为单体(monomers)的单元组成的一维链,但它们可以通过注射成型等制造方法形成三维的形状。

不过想要让聚合物形成二维材料是非常困难的。虽然一些团队已经取得了一些成功,但所产生的材料有缺陷,降低了它们的强度或其他理想的性能。在麻省理工学院的一项新研究中,他们已经开发出了一种新的生产方法,使聚合物能够形成二维片,同时保持其强度不变。

该团队开始使用三聚氰胺作为单体,它有一个碳和氮环的结构。在暴露于恰到好处的条件下的溶液中,这些分子侧向生长成盘状,然后相互堆叠,用氢键将各层固定在一起。

该研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)说:“我们可以制作一个类似意大利面条的分子,而不是制作一个片状的分子平面,我们让分子在两个维度上将自己勾在一起。这种机制在溶液中自发地发生,在我们合成这种材料之后,我们可以很容易地旋涂薄膜,这种薄膜特别坚固”。

研究小组将这种材料称为 2DPA-1,它有一些令人印象深刻的特性。尽管它非常薄且轻,但这种聚合物的强度是钢的两倍,而且需要比防弹玻璃多六倍的力量才能使其变形。它对气体和液体也是完全不渗透的。有了这些能力,2DPA-1 可以成为车辆、智能手机等电子设备的轻质、耐用、防水的涂层,甚至可以作为建筑材料使用。

Michael Strano 表示:“我们通常不认为塑料是你可以用来支撑建筑物的东西,但是有了这种材料,你就可以实现新的东西。它有很不寻常的特性,我们对此感到非常兴奋”。

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