برد برگان- 02 فوریه 2022 – رمان، پلیمر دو بعدی (سمت چپ)، و یک پل در حال ساخت (راست). 1، 2
بر اساس مطالعه اخیر منتشر شده در ژورنال Nature، دانشمندان MIT یک ماده پلیمری 2 بعدی جدید را مهندسی کرده اند که می تواند خود به خود به صورت ورقه هایی جمع شود، علیرغم وزن مشابه پلاستیک، و حتی می تواند تا سطوح عظیم تولید کند و مهمتر از همه، از فولاد هم قوی تر است. بنابراین دانشمندان دو حق ثبت اختراع بر روی مواد جدید ثبت کردند.
این ماده جدید از طریق یک فرآیند پلیمریزاسیون جدید ساخته شد و به مهندسان شیمی MIT اجازه داد تا از مشکلات پلیمرهای دیگر که معمولاً به زنجیره‌های یک بعدی و نودل مانند تبدیل می‌شوند، اجتناب کنند. مایکل استرانو، پروفسور مهندسی شیمی کربن پی. نویسنده ارشد این مطالعه در یک پست وبلاگ در وب سایت رسمی MIT است.
Strano در پست وبلاگ گفت: ما معمولاً پلاستیک را چیزی نمی‌دانیم که بتوانید از آن برای پشتیبانی از یک ساختمان استفاده کنید، اما با این مواد می‌توانید چیزهای جدیدی را فعال کنید. خواص بسیار غیرعادی دارد و ما از این بابت بسیار هیجان زده هستیم. در پی ایجاد این ماده، محققان دو حق ثبت اختراع در مورد فرآیندی به ثبت رساندند که آنها را قادر به ساخت این ماده کرد.
اما واقعاً یک پلیمر دو بعدی چیست؟
پلیمرها ماده‌ای هستند که شامل تمام پلاستیک‌ها می‌شوند و از بلوک‌های ساختمانی کوچکی که به‌صورت زنجیره‌ای به هم متصل شده‌اند، به نام مونومر ساخته شده‌اند. پس از تشکیل زنجیره، آنها می توانند با افزودن مولکول های بیشتر به هر طرف رشد کنند. در نهایت، می‌توان آنها را از طریق قالب‌گیری تزریقی به اشیاء سه‌بعدی که ما با آنها بسیار آشنا هستیم، شکل داد ، مانند بطری‌ها. محققان پلیمر این نظریه را مطرح کرده اند که ممکن است راهی برای رشد پلیمرها در یک ورقه دو بعدی کشف کنند – و اینکه ماده فرضی او به طرز جدی قوی خواهد بود و به راحتی یک ماده ساده و سبک را تشکیل می دهد. اما ده‌ها سال کار روی این رویا هیچ نتیجه‌ای نداشت و بسیاری را گمان برد که این فقط یک رویا ی دیگر بود.
این یک نگرش شکست خورده نبود. دلایل خوبی برای تردید وجود داشت: برای مثال، اگر فقط یک مونومر منفرد به سمت پایین یا بالا، خارج از صفحه در حال رشد بچرخد، دامنه مواد جدید شروع به رشد سه بعدی خواهد کرد و همه امیدها را از بین می برد. ساختار ورق مانند با کیفیت های منحصر به فرد مورد نیاز برای برنامه های سطح بعدی. به همین دلیل است که در مطالعه جدید، استرانو و همکارانش یک فرآیند پلیمریزاسیون جدید را در نظر گرفتند که به آنها کمک کرد تا یک صفحه دو بعدی به نام پلی آرامید بسازند. ماده دیگری متشکل از اتم های نیتروژن و کربن به نام ملامین به “تمرکز” مونومرها کمک کرد، بنابراین آنها فقط در دو بعد رشد می کنند.
با ترکیب همه این روش‌ها در یک اثبات مهندسی باورنکردنی، محققان پلیمر را مجبور کردند تا به دیسک‌هایی تبدیل شوند که سپس مانند پنکیک روی هم چیده شدند و از طریق پیوندهای هیدروژنی بین هر لایه به هم چسبیده شدند – راز استحکام غیر معمول مواد. استرانو در پست وبلاگ MIT گفت: به جای ساخت یک مولکول اسپاگتی مانند، می‌توانیم یک صفحه مولکولی ورقه‌مانند بسازیم، جایی که مولکول‌ها را در دو بعد به هم متصل می‌کنیم. این مکانیسم به طور خود به خود در محلول اتفاق می‌افتد و پس از سنتز مواد، می‌توانیم به راحتی لایه‌های نازکی را که فوق‌العاده قوی هستند، بچرخانیم.
معنی آن برای مصالح ساختمانی – این ماده می تواند به طور مستقل در یک محلول جمع شود، به این معنی که مهندسان می توانند با افزایش تعداد مواد اولیه، بازدهی عظیمی را به دست آورند. و با اثبات اینکه این ماده جدید می تواند به طور قابل توجهی استحکام دیگران را با پوشش دادن سطوح آنها افزایش دهد، مهندسان آن را 2DPA-1 نامیدند. استرانو می‌گوید: «با این پیشرفت، ما مولکول‌های مسطح داریم که تبدیل آنها به یک ماده بسیار قوی، اما بسیار نازک بسیار آسان‌تر خواهد بود». و در سال‌های آینده، او و تیمش در MIT قصد دارند با بازی با ترکیب مولکولی 2DPA-1 کشف کنند که چه نوع مواد جدیدی ممکن است کشف شود.
