Plastikler genel olarak iyi anlaşılmış malzemelerdir. Çoğu metal kadar güçlü olmayan, ancak genellikle çok daha hafif olan bu insan yapımı polimerler, yaşama biçimimizde devrim yaratan sayısız uygulama bulmuştur. Plastiklerin özellikleri, fiberglas ve karbon fiber gibi kompozit malzemelerle, tek başına temel polimerlerin basit özelliklerinin çok ötesinde mukavemet ve hafifliğe sahip olduğunu kanıtlayarak, yıllar içinde birçok yönden iyileştirildi.
Bununla birlikte, MIT'deki bir grup mühendis, olağanüstü hafifliği korurken, daha önce hiç olmadığı kadar fazla güç vaat eden devrim niteliğinde bir polimer türü üzerinde çalışıyor. Her şey malzemenin iki boyutlu moleküler yapısına bağlı, bir zamanlar polimer bilimi dünyasında aşırı derecede zor olduğu düşünülen bir şey.
2D, 1D'den Daha İyidir
Tipik olarak, polimerler kendilerini, aynı moleküler alt birimin veya monomerin çoklu kopyalarının, genellikle bir makromolekül olarak adlandırılan şeyde birçok kez bir zincire bağlandığı uzun tek boyutlu zincirler halinde birleştirir. Bu uzun moleküller, bildiğimiz ve sevdiğimiz polimer malzemeleri oluşturarak, kendileriyle ve birbirleriyle toplu halde birbirine dolanır.
Bununla birlikte, monomerlerin genellikle birlikte zincirleme tarzı, tipik olarak, iki boyutlu bir polimer yapısı üretme girişimlerini engellemiştir. Yalnızca bir monomer diğerine yanlış dönüşte bağlanırsa, diğer monomerler de ona bağlanır ve temiz ve düzenli bir 3D levha yerine dağınık bir 2D yapı oluşturur.
Biraz dikkatli sentezle, iki boyutlu bir moleküler polimer yapısının gerçekten mümkün olduğu ortaya çıkıyor. Araştırma makalesine göre yayınlanan Tabiat bu yılın Şubat ayında, bu başarıya, monomer birimi olarak melamin moleküllerinin kullanılmasıyla ulaşıldı. Çalışma teorisi, sentez adımlarında amid-aromatik etkileşimlerin kullanılmasının, melamin moleküllerinin bağlantı aşaması sırasında düzlem dışına dönmesini engellemesidir.
Malzeme, çözelti halinde 2D levhalar halinde kendi kendine birleşerek, büyük güçte ince filmlerin oluşturulmasına olanak tanır. Bu yapı aynı zamanda gaz moleküllerine karşı geçirimsiz olma gibi eşsiz bir yeteneğe de sahiptir. Monomerler birbirine o kadar yakın kenetlenirler ki, geçmelerinin hiçbir yolu yoktur.
Ortaya çıkan malzeme, özellikleriyle dikkat çekicidir; iki boyutlu polimerin, 976 MPa'lık şaşırtıcı bir akma dayanımına sahip olduğu test edildi; bu, yapısal çeliğinkinin neredeyse dört katı, ancak yoğunluğun sadece 1/6'sı kadar daha düşük olmasına rağmen. Bu arada, elastik modül, tipik olarak 30-90 GPa arasında değişen geleneksel plastiklerden önemli ölçüde daha yüksek olan 3 ila 5 GPa civarında ölçüldü. Bu, malzemenin polikarbonat ve naylon gibi plastiklere kıyasla çok daha sert ve elastik rejimde daha az deforme olduğu anlamına gelir. Bu rakam, elastik modülü 69 GPa olan alüminyum gibi metallerinkine çok daha yakındır.
Tabii ki, şimdiye kadar, laboratuvarda sadece küçük miktarlarda 2D polimer oluşturuldu. Malzemenin mekanik özelliklerinin test edilmesinin nano ölçekte yapılması gerekiyordu. AFM nanoindentasyon. Malzemenin özelliklerini ölçmek için bir atomik kuvvet mikroskobu üzerinde sert bir girinti ucu kullanılarak mikroskobik numunelerin test edilmesini sağlar.
Önemli olarak, sentezlenen polimer mekanik ve kimyasal olarak kararlıdır. Makalenin yazarları, kompozit malzemelerde kullanımının yanı sıra hafif fakat güçlü bir koruyucu kaplama olarak kullanım için büyük bir potansiyele sahip olduğunu öne sürüyorlar. Bu aşamada, böyle bir polimerin makro ölçekte nasıl üretilebileceği belirsizdir ve bu malzemenin yerel plastik distribütörünüzde büyük levhalar halinde satışa sunulması biraz zaman alacaktır. Bununla birlikte, bilim dünyasının, bize en çılgın hayallerimizin ötesinde yeni ve harika malzemeler getirebilecek keşfedilmeyi bekleyen harika sırları olduğunu gösteriyor!
