新材料，比钢硬一倍，但重量只有钢1/6
新材料，比鋼硬一倍，但重量只有鋼1/6
一種材料，比鋼還硬一倍，但重量卻只有鋼的六分之一，可以很容易地大規(guī)模生產(chǎn)。一種革命性的材料，可以徹底改變世界。《自然》雜志2月2日發(fā)表了一項(xiàng)研究，美國麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)制造出了這種“不可能”的材料，申請(qǐng)了兩項(xiàng)專利。
這項(xiàng)研究來自麻省理工學(xué)院化學(xué)工程教授邁克爾·斯特拉諾（Michael Strano） 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，第一作者是博士后曾玉偉（Yuwen Zeng）。
這種材料被命名為2DPA-1，一種二維聚合物，可以自主組裝成片狀，形成極堅(jiān)固的，比鋼還強(qiáng)，和塑料一樣輕的輕質(zhì)材料。
聚合物就是塑料、塑膠等高分子材料，這些材料具有非常大的分子量，分子間由共價(jià)鍵將單體連接在一起，通過在末端添加新的分子而成長(zhǎng)。一旦形成，聚合物可以通過注塑成型制造成三維物體，如水瓶等。
此前聚合物被認(rèn)為只能形成一維的，像意大利面條一樣的鏈狀結(jié)構(gòu)，但高分子科學(xué)家也一直設(shè)想，能夠通過某種方式誘導(dǎo)生長(zhǎng)為二維片材，帶來強(qiáng)度上的極大提高，但密度仍然保持聚合物的低密度。
研究進(jìn)行了幾十年，所有的努力都失敗了，因?yàn)榭茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，只要有一個(gè)單體向上或向下旋轉(zhuǎn)，離開了生長(zhǎng)片材的平面，材料就會(huì)在三維空間膨脹，導(dǎo)致片狀結(jié)構(gòu)的消失。科學(xué)家們得出一個(gè)令人無奈的結(jié)論，這種材料是不可能實(shí)現(xiàn)的。
麻省理工的研究人員使用了一種叫做三聚氰胺的化合物——沒錯(cuò)，就是前些年牛奶里添加的那種臭名昭著的害人物質(zhì)，這種物質(zhì)含有碳和氮環(huán)的結(jié)構(gòu)。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，這些單體可以在二維上生長(zhǎng)，形成圓盤，相互堆疊，由各層之間的氫鍵固定在一起，結(jié)構(gòu)變得非常穩(wěn)定和牢固，生成了一種被稱為聚酰胺的二維片材。
不是在做一個(gè)意大利面條般的分子，是片狀的分子平面，讓分子在二維上勾在一起，這種機(jī)制可以在溶液中自發(fā)地發(fā)生，很容易地旋涂薄膜，這種薄膜特別的堅(jiān)固。可以在溶液中自組裝，可以通過簡(jiǎn)單地增加起始材料的數(shù)量，大量制造非常堅(jiān)固但極薄的材料。
科學(xué)家們的研究表明，這種材料的彈性模量比防彈玻璃大4到6倍，屈服強(qiáng)度，打破材料所需的力量，是鋼材的兩倍，但密度只有鋼材的六分之一。
2DPA-1還有一個(gè)特點(diǎn)，就是聚合物由單體制成，像樂高積木一樣鎖在一起，氣體無法滲透，可以制成超薄的涂層，完全阻止水和氣體通過。
這種高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，可用于手機(jī)、汽車零件的輕質(zhì)耐用涂層，也可用于橋梁及其他結(jié)構(gòu)作為建筑材料。當(dāng)然，更廣泛的用途將在量產(chǎn)后得到大量開發(fā)，畢竟一種比鋼還強(qiáng)一倍，但重量只有六分之一，很容易制造的材料，未來是不可限量的。
這項(xiàng)研究發(fā)表在2月2日《自然》雜志上，標(biāo)題是：
Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material
參考鏈接：
https://xw.qq.com/amphtml/20220205A08MKO00
總結(jié)
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