Двумерный полимер крепче стали

14.02.2022

Американские материаловеды научились синтезировать двумерные полимеры, которые, в отличие от других, способны собираться послойно вместо того, чтобы образовывать одномерные цепочки. Полученный из меламина двумерный полиарамид имеет в шесть раз меньшую плотность, чем сталь, однако почти вдвое прочнее ее. Способ изготовления масштабирован - материал самособирается в растворе.
 
Химики стремятся получить ковалентно связанную высокопериодическую молекулярную структуру толщиной в один мономер. "Молекулярный ковер" (molecular carpet) - хороший термин для понятия двумерного полимера. Настоящие двумерные полимеры будут иметь толщину в один мономер и правильную структуру.

Большой проблемой в создании двумерных полимеров является то, что, даже несмотря на то, что стратегии синтеза таких структур существуют, трехмерный сферический аналог растет гораздо быстрее. То есть только желаемая молекулярная структура полимеризуется, ее быстро обгонит уже знакомая трехмерная, для создания которой достаточно одного вращения связи присоединенного мономера. В своей работе исследователи Массачусетского технологического института попытались обойти это ограничение и начали экспериментировать с амидами.

Гипотеза авторов работы состоит в том, что сильные амидно-ароматические связки угнетают внутриструктурное вращение цепочек, то есть не даст им вернуться и выйти из плоскости. Ученые смешали меланин и тримезоилхлорид в присутствии пиридина, а полученный гель очистили и высушили в вакууме, в результате чего получили свой двумерный полимер, где молекулы собрались в нанослои благодаря прочной межслойной водородной связи.

Поскольку материал самособирается в растворе, его можно производить в больших количествах, просто увеличивая количество исходных материалов. Созданный материал ученые назвали полиарамидом. Среднюю молекулярную толщину они оценили в 3,69 ангстрема, а диаметр 10,3 нанометра, что является определяющим признаком двумерной полимеризации.

Сканирующая электронная микроскопия полученных пленок не выявила дефектов в структуре полимера, а тест на газопроницаемость показал, что полимерные пленки пропускают газ примерно в 22 раза хуже, чем наиболее газонепроницаемые барьерные материалы. Также ученые обнаружили, что модуль упругости нового материала - необходимая для деформации материала сила - достиг значение 12,7 гигапаскаля, что значительно выше, чем у термопластов, укрепленной эпоксидной смолы или нейлона. А предел прочности нового материала составил около 488 мегапаскалей, что почти вдвое больше, чем у конструкционной стали ASTM A36. При том, что плотность полимера составляет примерно одну шестую от таковой в стали.

<< Назад: Образование влияет на продолжительность жизни 14.02.2022

>> Вперед: Влияние стресса на размер мозга 13.02.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Восприятие музыки зависит от цвета концертного зала 03.03.2026

Восприятие живой музыки традиционно связывают с слухом, однако на впечатления от концерта влияют и другие факторы, включая визуальное оформление и освещение. Вопрос о том, может ли цвет интерьера напрямую изменять то, как мы слышим звук, долго оставался открытым. Недавнее исследование ученых из Технического университета Берлина проливает свет на эту связь и демонстрирует, что визуальная среда способна влиять на субъективное восприятие музыки. Чтобы изучить эффект цвета, исследователи предложили участникам прослушать записи концерта в виртуальных залах, оформленных в красные, зеленые и синие оттенки. Цвета варьировались по яркости и насыщенности, что дало 12 различных вариантов оформления. Поскольку построить физические залы с таким разнообразием цветов было невозможно, использовалась технология виртуальной реальности. Звук воспроизводился через наушники с бинауральной технологией, адаптирующей звучание к движениям головы, что создавало ощущение реального присутствия в зале. Участ ...>>

Chrysalis: концепт межзвездного корабля для 400-летнего путешествия 03.03.2026

Межзвездные полеты остаются одной из самых амбициозных целей человечества. Международный научный проект Chrysalis предложил концепцию космического корабля, способного совершить 400-летнее путешествие с экипажем из 2400 человек. Победивший в конкурсе 2025 года дизайн демонстрирует не только инженерные решения, но и социальную архитектуру, рассчитанную на 16 поколений людей, живущих на борту. В основе концепции лежит вращательная конструкция длиной 58 километров. Такая масштабная система должна создать искусственную гравитацию, достаточную для нормального функционирования организма, без вызывающей дезориентацию центробежной нагрузки. Для стабилизации конструкции проект предусматривает несколько цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях, что минимизирует колебания и вибрации. Сборка корабля планируется в точках Лагранжа - участках космоса, где можно минимизировать расход топлива. Движение корабля предполагается обеспечить прямым термоядерным двигателем на гелии-3 и дейте ...>>

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Робот из жидкого металла 03.02.2023 Ученые из Китая создали меняющую форму работа, которая может напоминать одного из героев культового фильма "Терминатор 2: Судный день". Машина обладает уникальной способностью самостоятельно вырваться из тюрьмы. И это без дополнительного оборудования. Как это возможно? Группа ученых под руководством Ченфена Пана из Китайского университета Гонконга представила свое новое достижение в коротком одноминутном видео. На нем изображена миниатюрная модель тюрьмы и маленький робот, меняющий форму, которая находится за решеткой. Устройство выглядит как фигурка Лего. Робот управляется магнитами. В какой-то момент он "раскрывается" и переливается между решеткой, выбираясь из мини-тюрьмы. Наконец он возвращается в свое первоначальное состояние, то есть твердое состояние. Поведение работа может напоминать сцену из фильма "Терминатор 2: Судный день", в которой один из героев "перетекает" через решетку больницы, чтобы охотиться на свою жертву. Робот изготовлен из галлия, металла с низкой температурой плавления (примерно 30 градусов C). После соединения с магнитными частицами он может изменять свое агрегатное состояние: с жесткого на жидкое. Как объясняет один из исследователей, материал реагирует на изменяющееся магнитное поле, поэтому его можно индукционно нагревать и вызвать изменение фазы. Магнитные частицы также принуждают работа двигаться. Когда магнит удаляется, температура галлия падает и становится равной температуре окружающей среды. Благодаря этому робот снова превращается в твердое тело. Благодаря этим уникальным свойствам миниатюрные фигурки способны добраться практически куда угодно.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026