U novu materiale hè un polimeru bidimensionale, fattu di melamina , chì s'autoassembla in fogli, à u cuntrariu di tutti l'altri polimeri, chì formanu catene unidimensionali, simili à spaghetti. Finu à avà, i scientifichi avianu cridutu ch'ellu era impussibile d'induce i polimeri à furmà fogli 2D.
Un tale materiale puderia esse adupratu cum'è rivestimentu ligeru è durevule per pezzi di vitture o telefoni cellulari, o cum'è materiale di custruzzione per ponti o altre strutture, dice Michael Strano, u prufessore Carbon P. Dubbs di ingegneria chimica à u MIT è l'autore principale di u novu studiu.
«Di solitu ùn pensemu micca à i plastichi cum'è qualcosa chì si puderebbe aduprà per sustene un edifiziu, ma cù questu materiale, si ponu fà cose nove», dice. «Hà proprietà assai inusuali è simu assai entusiasti di questu».
I circadori anu presentatu dui brevetti nantu à u prucessu ch'elli anu utilizatu per generà u materiale, chì descrivenu in un articulu chì appare oghje in Nature . U postdoc di u MIT Yuwen Zeng hè l'autore principale di u studiu.
Dui dimensioni
I polimeri, chì includenu tutte e materie plastiche, sò custituiti da catene di blocchi di custruzzione chjamati monomeri. Queste catene crescenu aghjunghjendu nuove molecule à e so estremità. Una volta furmati, i polimeri ponu esse modellati in oggetti tridimensionali, cum'è buttiglie d'acqua, aduprendu u stampaggio à iniezione.
I scientifichi di i polimeri anu dapoi longu fattu l'ipotesi chì, se i polimeri puderanu esse indotti à cresce in un fogliu bidimensionale, devenu furmà materiali estremamente forti è leggeri. Tuttavia, parechji decennii di travagliu in questu campu anu purtatu à a cunclusione chì era impussibile creà tali fogli. Una ragione per questu era chì se solu un monomeru gira in su o in giù, fora di u pianu di u fogliu in crescita, u materiale cumincierà à espandesi in trè dimensioni è a struttura simile à un fogliu serà persa.
Tuttavia, in u novu studiu, Strano è i so culleghi anu inventatu un novu prucessu di polimerizazione chì li permette di generà una foglia bidimensionale chjamata poliaramide. Per i blocchi di custruzzione di monomeri, utilizanu un cumpostu chjamatu melamina, chì cuntene un anellu d'atomi di carbone è d'azotu. In e cundizioni adatte, questi monomeri ponu cresce in duie dimensioni, furmendu dischi. Questi dischi si impilanu unu sopra l'altru, tenuti inseme da ligami d'idrogenu trà i strati, chì rendenu a struttura assai stabile è forte.
«Invece di fà una molecule simile à un spaghetti, pudemu fà un pianu moleculare simile à un fogliu, induve facemu chì e molecule si aggancianu inseme in duie dimensioni», dice Strano. «Stu mecanismu si verifica spontaneamente in soluzione, è dopu avè sintetizatu u materiale, pudemu facilmente rivestisce per centrifugazione film sottili chì sò straordinariamente forti».
Siccomu u materiale s'autoassembla in suluzione, pò esse pruduttu in grande quantità aumentendu simpliciamente a quantità di i materiali di partenza. I circadori anu dimustratu ch'elli pudianu rivestisce e superfici cù filmi di u materiale, ch'elli chjamanu 2DPA-1.
«Cù questu avanzamentu, avemu molecule planari chì saranu assai più faciuli da trasfurmà in un materiale assai forte, ma estremamente finu», dice Strano.
Legeru ma forte
I circadori anu scupertu chì u modulu elasticu di u novu materiale - una misura di quanta forza ci vole à deformà un materiale - hè trà quattru è sei volte più grande di quellu di u vetru antiproiettile. Anu ancu scupertu chì a so resistenza à a rottura, o quanta forza ci vole à rompe u materiale, hè duie volte quella di l'acciaiu, ancu s'è u materiale hà solu circa un sestu di a densità di l'acciaiu.
Un'altra caratteristica chjave di 2DPA-1 hè chì hè impermeabile à i gasi. Mentre chì altri polimeri sò fatti da catene arrotolate cù spazii chì permettenu à i gasi di filtrà, u novu materiale hè fattu da monomeri chì si bloccanu inseme cum'è i LEGO, è e molecule ùn ponu micca passà trà di elli.
«Questu ci puderia permette di creà rivestimenti ultrafini chì ponu impedisce cumpletamente u passaghju di l'acqua o di i gasi», dice Strano. «Stu tipu di rivestimentu di barriera puderia esse adupratu per prutege u metallu in e vitture è altri veiculi, o strutture d'acciaiu».
Strano è i so studienti stanu avà studiendu in più dettagliu cumu questu polimeru particulare hè capace di furmà fogli 2D, è stanu sperimentendu cù u cambiamentu di a so cumpusizione moleculare per creà altri tipi di novi materiali.
A ricerca hè stata finanziata da u Centru per u Trasportu Nanofluidicu Miglioratu (CENT), un Centru di Ricerca di Frontiera Energetica sponsorizatu da l'Uffiziu di Scienza di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti, è u Laboratoriu di Ricerca di l'Armata.
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