ابتكر العلماء بلاستيكًا مكافئًا للصلب - قوي ولكن ليس ثقيلًا. البلاستيك ، الذي يسميه الكيميائيون أحيانًا البوليمرات ، هو فئة من الجزيئات طويلة السلسلة تتكون من وحدات قصيرة متكررة تسمى المونومرات ، على عكس البوليمرات السابقة ذات القوة نفسها ، فإن المادة الجديدة فقط يأتي في شكل غشاء ، كما أنه محكم الإغلاق أكثر بـ 50 مرة من أكثر أنواع البلاستيك مانعة للتسرب في السوق ، ومن الجوانب البارزة الأخرى لهذا البوليمر بساطته في التركيب ، فالعملية التي تتم في درجة حرارة الغرفة تتطلب مواد رخيصة فقط ، يمكن إنتاج البوليمر بكميات كبيرة في صفائح كبيرة لا يتجاوز سمكها نانومتر ، وقد نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 2 فبراير في مجلة Nature.
تسمى المادة المعنية بولي أميد ، وهي شبكة مترابطة من وحدات جزيئية أميد (الأميدات عبارة عن مجموعات كيميائية نيتروجين مرتبطة بذرات كربون مرتبطة بالأكسجين) ، وتشمل هذه البوليمرات الكيفلار ، وهي ألياف تستخدم في صناعة السترات الواقية من الرصاص ، ونومكس ، وهو عبارة عن نيران- نسيج مقاوم: مثل الكيفلار ، ترتبط جزيئات البولي أميد في المادة الجديدة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية على طول سلاسلها بالكامل ، مما يعزز القوة الكلية للمادة.
قال المؤلف الرئيسي مايكل سترانو Michael Strano ، وهو مهندس كيميائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إنها تلتصق ببعضها البعض مثل الفيلكرو". لا تتطلب المواد المخروطية كسر السلاسل الجزيئية الفردية فحسب ، بل تتطلب أيضًا التغلب على الروابط الهيدروجينية العملاقة بين الجزيئات التي تتخلل حزمة البوليمر بأكملها.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للبوليمرات الجديدة أن تشكل رقائق تلقائيًا ، وهذا يجعل المادة سهلة المعالجة ، حيث يمكن تحويلها إلى أغشية رقيقة أو استخدامها كطلاء لسطح غشاء رقيق. تميل البوليمرات التقليدية إلى النمو كسلاسل خطية ، أو تتفرع بشكل متكرر و الارتباط في ثلاثة أبعاد ، بغض النظر عن الاتجاه ، لكن بوليمرات Strano تنمو بطريقة فريدة في 2D لتشكيل الصفائح النانوية.
"هل يمكنك التجميع على قطعة من الورق؟قال سترانو "اتضح ، في معظم الحالات ، أنه لا يمكنك القيام بذلك حتى عملنا. لذلك ، وجدنا آلية جديدة."في هذا العمل الأخير ، تغلب فريقه على عقبة لجعل هذا التجميع ثنائي الأبعاد ممكنًا.
السبب في أن البولياراميدات لها بنية مستوية هو أن تخليق البوليمر يتضمن آلية تسمى القوالب التحفيزية التلقائية: حيث يطول البوليمر ويلتصق بوحدات بناء المونومر ، تحث شبكة البوليمر المتنامية المونومرات اللاحقة على الاتحاد فقط في الاتجاه الصحيح لتقوية اتحاد هيكل ثنائي الأبعاد: أظهر الباحثون أنه يمكنهم بسهولة طلاء البوليمر في محلول على رقائق لإنشاء رقائق بعرض بوصة أقل من 4 نانومتر ، وهذا ما يقرب من واحد على مليون من سمك ورق المكتب العادي.
لقياس الخواص الميكانيكية لمادة البوليمر ، قاس الباحثون القوة المطلوبة لعمل ثقوب في صفيحة معلقة من المادة بإبرة دقيقة ، هذا البولي أميد هو بالفعل أكثر صلابة من البوليمرات التقليدية مثل النايلون ، وهو النسيج المستخدم في صناعة المظلات. يتطلب فك هذا البولي أميد الفائق القوة ضعف القوة التي يحتاجها الفولاذ من نفس السماكة ، ووفقًا لـ Strano ، يمكن استخدام المادة كطلاء واقي على الأسطح المعدنية ، مثل قشرة السيارة ، أو كمرشح لتنقية المياه. في الوظيفة الأخيرة ، يجب أن يكون غشاء المرشح المثالي رقيقًا ولكن قويًا بما يكفي لتحمل الضغوط العالية دون تسريب الملوثات الصغيرة المزعجة إلى إمداداتنا النهائية - وهو مناسب تمامًا لمادة البولي أميد هذه.
في المستقبل ، يأمل Strano في توسيع طريقة البلمرة لتشمل بوليمرات مختلفة بخلاف نظير Kevlar هذا. "البوليمرات في كل مكان حولنا ،" قال "يفعلون كل شيء."تخيل تحويل أنواع مختلفة من البوليمرات ، حتى الأنواع الغريبة منها التي يمكنها توصيل الكهرباء أو الضوء ، إلى أغشية رقيقة يمكن أن تغطي مجموعة متنوعة من الأسطح ، كما يضيف. "بسبب هذه الآلية الجديدة ، ربما يمكن الآن استخدام أنواع أخرى من البوليمرات ،" قال ستانو.
قال سترانو إنه في عالم محاط بالبلاستيك ، فإن المجتمع لديه سبب ليكون متحمسًا لبوليمر جديد آخر له خواص ميكانيكية ليست عادية ، وهذا الأراميد متين للغاية ، مما يعني أنه يمكننا استبدال المواد البلاستيكية اليومية ، من الدهانات إلى الأكياس إلى تغليف المواد الغذائية ، مع مواد أقل وأقوى ، أضاف سترانو أنه من وجهة نظر الاستدامة ، فإن هذا البوليمر ثنائي الأبعاد فائق القوة هو خطوة في الاتجاه الصحيح لتحرير العالم من البلاستيك.
شي إن كيم (كما يطلق عليها عادة كيم) كاتبة علمية مستقلة مولودة في ماليزيا ومتدربة تحريرية في مجلة Popular Science Spring 2022 ، وقد كتبت على نطاق واسع في موضوعات تتراوح من الاستخدامات الغريبة لأنسجة العنكبوت - البشر أو العناكب أنفسهم - إلى جامعي القمامة. في الفضاء الخارجي.
لم تصل المركبة الفضائية ستارلاينر التابعة لبوينج بعد إلى محطة الفضاء الدولية ، لكن الخبراء متفائلون بشأن رحلة تجريبية ثالثة.
نحن مشاركين في برنامج Amazon Services LLC Associates ، وهو برنامج إعلاني تابع لنا مصمم لتوفير وسيلة لنا لكسب الرسوم عن طريق الارتباط بموقع Amazon.com والمواقع التابعة ، ويشكل تسجيل هذا الموقع أو استخدامه قبولًا لشروط الخدمة الخاصة بنا.
الوقت ما بعد: 19 مايو - 2022