比钢更强的二维聚合物。免费技术图书馆新闻

二维聚合物比钢强

14.02.2022

美国材料科学家已经学会了如何合成二维聚合物，与其他聚合物不同，它能够分层组装，而不是形成一维链。由三聚氰胺制成的二维聚芳纶的密度是钢的六倍，但强度几乎是钢的两倍。制造方法是按比例缩放的——材料在溶液中自组装。

化学家努力获得一个单体厚度的共价键合、高度周期性的分子结构。 “分子地毯”是二维聚合物的好词。真正的二维聚合物将是一个单体厚度并具有规则的结构。

创建 XNUMXD 聚合物的最大问题是，即使有合成这种结构的策略，XNUMXD 球形对应物的生长速度要快得多。也就是说，只有所需的分子结构聚合，它会很快被已经熟悉的三维结构所取代，对于这种结构，所连接的单体的键旋转一圈就足够了。在他们的工作中，麻省理工学院的研究人员试图绕过这一限制并开始对酰胺进行试验。

这项工作的作者的假设是，强酰胺-芳香键抑制了链的结构内旋转，也就是说，它们不允许它们返回和离开平面。科学家们在吡啶存在下混合黑色素和均苯三甲酰氯，所得凝胶在真空中进行纯化和干燥，产生二维聚合物，由于层间氢键强，分子组装成纳米层。

由于材料在溶液中自组装，因此只需增加起始材料的量即可大量生产。科学家们将这种创造的材料称为聚芳纶。他们估计平均分子厚度为 3,69 埃，直径为 10,3 纳米，这是二维聚合的定义特征。

所得薄膜的扫描电子显微镜未发现聚合物结构中的缺陷，透气性测试表明，聚合物薄膜的透气性比最气密的阻隔材料差约 22 倍。科学家们还发现，新材料的弹性模量——使材料变形所需的力——达到了 12,7 吉帕，明显高于热塑性塑料、增强环氧树脂或尼龙。而新材料的抗拉强度约为488兆帕，几乎是ASTM A36结构钢的两倍。鉴于聚合物的密度约为钢的六分之一。

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