हा नवीन पदार्थ मेलामाइनपासून बनवलेला एक द्विमितीय पॉलिमर आहे , जो इतर सर्व पॉलिमरच्या विपरीत, स्वतःहून पत्र्यांमध्ये एकत्र येतो; इतर सर्व पॉलिमर एकमितीय, स्पॅगेटीसारख्या साखळ्या तयार करतात. आतापर्यंत शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की पॉलिमरला द्विमितीय पत्रे तयार करण्यास प्रवृत्त करणे अशक्य आहे.
एमआयटीमधील कार्बन पी. डब्सचे केमिकल इंजिनिअरिंगचे प्राध्यापक आणि नवीन अभ्यासाचे वरिष्ठ लेखक मायकेल स्ट्रॅनो म्हणतात की, अशा सामग्रीचा वापर कारच्या भागांसाठी किंवा सेल फोनसाठी हलके, टिकाऊ कोटिंग म्हणून किंवा पूल किंवा इतर संरचनांसाठी बांधकाम साहित्य म्हणून केला जाऊ शकतो.
"आम्हाला सहसा प्लास्टिकचा वापर इमारतीला आधार देण्यासाठी करता येईल असे वाटत नाही, परंतु या साहित्याच्या मदतीने तुम्ही नवीन गोष्टी सक्षम करू शकता," तो म्हणतो. "त्यात खूप असामान्य गुणधर्म आहेत आणि आम्ही त्याबद्दल खूप उत्साहित आहोत."
संशोधकांनी ही सामग्री तयार करण्यासाठी वापरलेल्या प्रक्रियेसाठी दोन पेटंटसाठी अर्ज दाखल केला आहे, ज्याचे वर्णन त्यांनी आज ' नेचर' नियतकालिकात प्रसिद्ध झालेल्या एका शोधनिबंधात केले आहे . एमआयटीचे पोस्टडॉक्टरल संशोधक युवेन झेंग हे या अभ्यासाचे प्रमुख लेखक आहेत.
दोन परिमाणे
पॉलिमर, ज्यामध्ये सर्व प्लास्टिकचा समावेश होतो, त्यात मोनोमर नावाच्या बिल्डिंग ब्लॉक्सच्या साखळ्या असतात. या साखळ्या त्यांच्या टोकांवर नवीन रेणू जोडून वाढतात. एकदा तयार झाल्यानंतर, इंजेक्शन मोल्डिंग वापरून पॉलिमरला पाण्याच्या बाटल्यांसारख्या त्रिमितीय वस्तूंमध्ये आकार देता येतो.
पॉलिमर शास्त्रज्ञांनी बराच काळ असा अंदाज लावला आहे की जर पॉलिमर द्विमितीय शीटमध्ये वाढू शकतात, तर ते अत्यंत मजबूत, हलके पदार्थ तयार करतील. तथापि, या क्षेत्रातील अनेक दशकांच्या कामामुळे असा निष्कर्ष निघाला की अशा शीट तयार करणे अशक्य आहे. याचे एक कारण असे होते की जर वाढत्या शीटच्या समतल भागामधून फक्त एक मोनोमर वर किंवा खाली फिरला तर पदार्थ तीन आयामांमध्ये विस्तारू लागेल आणि शीटसारखी रचना नष्ट होईल.
तथापि, नवीन अभ्यासात, स्ट्रॅनो आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एक नवीन पॉलिमरायझेशन प्रक्रिया शोधून काढली जी त्यांना पॉलीअरामाइड नावाची द्विमितीय शीट तयार करण्यास अनुमती देते. मोनोमर बिल्डिंग ब्लॉक्ससाठी, ते मेलामाइन नावाच्या संयुगाचा वापर करतात, ज्यामध्ये कार्बन आणि नायट्रोजन अणूंचा एक रिंग असतो. योग्य परिस्थितीत, हे मोनोमर दोन आयामांमध्ये वाढू शकतात, डिस्क तयार करतात. हे डिस्क एकमेकांच्या वर स्टॅक होतात, थरांमधील हायड्रोजन बंधांद्वारे एकत्र धरले जातात, ज्यामुळे रचना खूप स्थिर आणि मजबूत होते.
"स्पॅगेटीसारखे रेणू बनवण्याऐवजी, आपण एक शीटसारखे रेणू समतल बनवू शकतो, जिथे आपल्याला रेणू दोन आयामांमध्ये एकमेकांशी जोडले जातात," स्ट्रॅनो म्हणतात. "ही यंत्रणा द्रावणात उत्स्फूर्तपणे घडते आणि आपण पदार्थाचे संश्लेषण केल्यानंतर, आपण असाधारणपणे मजबूत असलेल्या पातळ थरांना सहजपणे फिरवू शकतो."
हे पदार्थ द्रावणात स्वतः एकत्र होत असल्याने, सुरुवातीच्या पदार्थांचे प्रमाण वाढवून ते मोठ्या प्रमाणात बनवता येते. संशोधकांनी दाखवून दिले की ते पृष्ठभागावर पदार्थाच्या फिल्म्सने कोट करू शकतात, ज्याला ते 2DPA-1 म्हणतात.
"या प्रगतीमुळे, आपल्याकडे प्लॅनर रेणू आहेत जे खूप मजबूत, परंतु अत्यंत पातळ पदार्थात रूपांतरित करणे खूप सोपे होणार आहे," स्ट्रॅनो म्हणतात.
हलकी पण मजबूत
संशोधकांना असे आढळून आले की नवीन पदार्थाचे लवचिक मापांक - एखाद्या पदार्थाला विकृत करण्यासाठी किती शक्ती लागते याचे मोजमाप - बुलेटप्रूफ काचेपेक्षा चार ते सहा पट जास्त आहे. त्यांना असेही आढळून आले की त्याची उत्पन्न शक्ती, किंवा पदार्थ तोडण्यासाठी किती शक्ती लागते, ती स्टीलच्या दुप्पट आहे, जरी त्या पदार्थाची घनता स्टीलच्या फक्त एक-षष्ठांश आहे.
2DPA-1 चे आणखी एक प्रमुख वैशिष्ट्य म्हणजे ते वायूंसाठी अभेद्य आहे. इतर पॉलिमर हे वायूंना आत जाऊ देणाऱ्या अंतरांसह गुंडाळलेल्या साखळ्यांपासून बनवले जातात, तर नवीन पदार्थ मोनोमर्सपासून बनवला जातो जे LEGO सारखे एकत्र बंद होतात आणि रेणू त्यांच्यामध्ये येऊ शकत नाहीत.
"यामुळे आम्हाला अतिपातळ कोटिंग्ज तयार करता येतील जे पाणी किंवा वायूंना आत जाण्यापासून पूर्णपणे रोखू शकतील," स्ट्रॅनो म्हणतात. "या प्रकारच्या बॅरियर कोटिंगचा वापर कार आणि इतर वाहनांमध्ये किंवा स्टील स्ट्रक्चर्समध्ये धातूचे संरक्षण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो."
स्ट्रॅनो आणि त्यांचे विद्यार्थी आता हे विशिष्ट पॉलिमर 2D शीट्स कसे तयार करू शकते याचा अधिक तपशीलवार अभ्यास करत आहेत आणि ते इतर प्रकारचे नवीन साहित्य तयार करण्यासाठी त्याच्या आण्विक रचनेत बदल करण्याचा प्रयोग करत आहेत.
या संशोधनाला सेंटर फॉर एन्हांस्ड नॅनोफ्लुइडिक ट्रान्सपोर्ट (CENT) द्वारे निधी देण्यात आला होता, जो यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी ऑफिस ऑफ सायन्स आणि आर्मी रिसर्च लॅबोरेटरी द्वारे प्रायोजित एक एनर्जी फ्रंटियर रिसर्च सेंटर आहे.
बातम्या संपर्क:
ई-मेल: [ईमेल संरक्षित]
तेल: + 86-28-8411-1861