作者:麻省理工学院莎拉·麦道
信用:Pixabay/CC0公共领域
麻省理工学院化学工程师利用一种新颖的聚合工艺，创造了一种比钢更坚固、像塑料一样轻的新材料，并且可以很容易地大量制造
这种新材料是一种二维聚合物，可以自我组装成薄片，不像其他聚合物那样形成一维的意大利面条状链
直到现在，科学家们还认为不可能诱导聚合物形成2D薄片
碳伙伴组织的迈克尔·斯特拉诺说，这种材料可以用作汽车零件或手机的轻质耐用涂层，或者用作桥梁或其他结构的建筑材料
麻省理工学院化学工程教授，这项新研究的资深作者
他说:“我们通常不认为塑料是可以用来支撑建筑的东西，但是有了这种材料，你就可以创造新的东西。”
“它有非常不寻常的特性，我们对此感到非常兴奋
" 研究人员已经申请了两项专利，涉及他们用来生产这种材料的过程，他们在今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中描述了这一过程
麻省理工学院博士后宇文曾是这项研究的主要作者
二维 聚合物包括所有塑料，由称为单体的结构单元链组成
这些链通过在末端添加新的分子而增长
聚合物一旦形成，就可以用注射成型法制成三维物体，如水瓶
聚合物科学家长期以来一直假设，如果可以诱导聚合物生长成二维薄片，它们应该会形成极其坚固、轻质的材料
然而，这一领域几十年的工作导致了这样一个结论，即不可能创造这样的床单
其中一个原因是，如果只有一个单体向上或向下旋转，离开生长的薄片平面，材料将开始三维膨胀，片状结构将丢失
然而，在这项新的研究中，Strano和他的同事提出了一种新的聚合方法，使他们能够生成一种叫做聚芳酰胺的二维薄片
作为单体构件，他们使用了一种叫做三聚氰胺的化合物，它含有一个由碳和氮原子组成的环
在合适的条件下，这些单体可以二维生长，形成圆盘
这些圆盘堆叠在一起，通过层间的氢键结合在一起，这使得结构非常稳定和坚固
斯特拉诺说:“我们可以制作一个片状分子平面，让分子在二维空间中相互连接，而不是制作一个意大利面条状的分子。”
“这种机制在溶液中自发发生，在我们合成材料后，我们可以很容易地旋涂非常坚固的薄膜
" 因为材料在溶液中自组装，所以可以通过简单地增加原材料的量来大量制造
研究人员表明，他们可以在表面涂上这种材料的薄膜，他们称之为2DPA-1
斯特拉诺说:“随着这一进展，我们有了平面分子，它们将更容易形成非常坚固但非常薄的材料。”
轻但强 研究人员发现，这种新材料的弹性模量——衡量材料变形所需的力——比防弹玻璃大4到6倍
他们还发现，它的屈服强度，或者说破坏这种材料需要多大的力，是钢的两倍，尽管这种材料的密度只有钢的六分之一
2DPA-1的另一个关键特征是不透气
虽然其他聚合物是由带有间隙的卷曲链制成的，间隙可以让气体渗透进来，但这种新材料是由像乐高一样锁在一起的单体制成的，分子无法进入它们之间
斯特拉诺说:“这可以让我们制造超薄涂层，完全防止水或气体通过。”
“这种阻隔涂层可以用来保护汽车和其他车辆中的金属，或者钢结构
" 斯特拉诺和他的学生们现在正在更详细地研究这种特殊的聚合物是如何形成2D薄片的，他们正在尝试改变其分子结构来创造其他类型的新型材料
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