美国的化学科学家们利用一种新的聚合工艺,创造出一种比钢更坚固、像塑料一样轻、易于大量生产的新材料。这种新材料是一种自组装成薄片的二维聚合物,不同于所有其他聚合物,它们可以自形成一维的意大利面状链结构。
该大学化学工程教授、这项新研究的资深作者解释说:“这种材料可以用作汽车零件或手机的轻质耐用涂层,也可以用作桥梁或其他结构的建筑材料,它们将无坚不摧。过去,塑料不可能用来支撑建筑物的东西,但有了这种技术,你可以创造任何新的东西,它有非常不寻常的特性,我们对此感到非常兴奋。”我们知道聚合物,包括所有塑料,是由称为单体的积木形链组成的。这些链通过在末端添加新分子而生长,一旦成型,聚合物可以通过注塑成型成三维物体,比如矿泉水瓶子。
科学家一直在想一件事,如果聚合物能够被诱导生长成二维薄片,它们应该可以被制造成非常坚固、轻质的材料。不过之前科学家们这一领域的研究得出了这样的结论:制作出这样的结构几乎是不可能的。在这项新的研究中,这位科学家和他的同事提出了一种新的聚合工艺,使他们能够生成一种称为聚胺的二维薄片。
对于单体构建块,他们使用一种叫做三聚氰胺的化合物,它包含一个碳和氮原子环。在合适的条件下,这些单体可以在二维空间生长,形成圆盘。这些圆盘叠在一起,通过层间的氢键连接在一起,使结构非常稳定和牢固。科学家们解释说:“我们可以制造一个片状的分子平面,而不是像意大利面条一样的分子,在那里我们可以让分子在二维空间中连接在一起。这种机制在溶液中自发发生,合成材料后,我们可以很容易地旋转出非常坚固的涂层薄膜。”