ماده‌ای به سبکی پلاستیک و قوی‌تر از فولاد

محققان دانشگاه MIT در مطالعه‌ای اخیر ماده جدیدی ابداع کردند که در پلاستیک سبک‌تر است، اما از فولاد قوی‌تر و تا شش برابر قوی‌تر از شیشه‌های ضد گلوله است.

یک پلاستیک سبک وزن به زودی قوی تر از فولاد و ۴ تا ۶ برابر قوی تر از شیشه ضد گلوله مورد استفاده برای محافظت از صفحه نمایش گوشی های هوشمند خواهد بود. این مطالب توسط محققان MIT تهیه شده است. این مواد از لایه‌هایی از دیسک‌های مولکولی کوچک تشکیل شده‌اند که روی هم چیده شده‌اند و صفحاتی را تشکیل می‌دهند.

هر لایه توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل شده و آن را قوی و سبک می کند. مدت‌هاست که تولید پلیمرهای دو بعدی مانند این غیرممکن در نظر گرفته می‌شود، اما اتصالات ویژه بین دیسک‌های جداگانه مانع از چرخش آن به بیرون از صفحه می‌شود. این ماده علاوه بر کاربرد در پوشش های محافظ، در صنعت ساختمان نیز قابل استفاده است.

پراکندگی یا پلیمریزاسیون فرآیندی است که طی آن اتم های کوچک به نام مونومر به یکدیگر متصل می شوند تا زنجیره های بلند و اسپاگتی مانندی به نام پلیمر تشکیل دهند.

سپس می توان آنها را به اشیاء سه بعدی مانند بطری های آب قالب ریزی کرد. با این حال، محققان موفق به ایجاد ماده ای شده اند که به طور خودکار به صفحات دو بعدی تبدیل می شود که به جای اسپاگتی شبیه لازانیا است. قالب گیری تزریقی نوعی فرآیند ساخت قطعات است که در آن مواد مذاب تحت فشار به داخل قالب تزریق می شود. این سیستم بر خلاف سیستم ریگینگ که در آن مذاب تحت وزن خود تشکیل می شود، قادر به تولید اجزای قوی بدون پین (Pinhole) است. قالب گیری تزریقی بهترین راه برای ساخت محصولات پلاستیکی است.

این ورقه ها که پلی آرامید نامیده می شوند با پیوندهای هیدروژنی قوی روی هم قرار می گیرند به طوری که کل ماده بسیار قوی است. این پلیمر علاوه بر تقویت قاب گوشی، می تواند به عنوان پوشش محافظ قطعات خودرو و یا به عنوان مصالح ساختمانی در مقیاس بزرگ نیز مورد استفاده قرار گیرد.

مدت ها تصور می شد که پلیمرهای ساخته شده از ورق های دو بعدی را می توان به مواد سبک وزن تبدیل کرد. اما محققان معتقد بودند که این غیرممکن است زیرا تنها یکی از مونومرهای صفحه در حال رشد پیچ ​​خورده بود تا همه مواد شکل دلخواه خود را از دست بدهند. برای حل این مشکل، محققان MIT از ترکیبی به نام ملامین استفاده کردند که از حلقه های کربن و نیتروژن تشکیل شده و معمولا برای ساخت ظروف پلاستیکی استفاده می شود.

این تیم دریافت که تحت شرایط مناسب، مونومرهای موجود در ملامین را می توان برای رشد دیسک های دو بعدی کوچک و انباشته استفاده کرد و هر لایه توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل شده و آن را بسیار قوی و پایدار می کند. مدول الاستیسیته آن ۴-۶ برابر قوی تر از شیشه ضد گلوله است. مدول الاستیسیته کمیتی است که مقاومت یک ماده را در برابر تغییر شکل الاستیک تحت تنش اعمال شده (برگشت پذیر) اندازه گیری می کند. در این میان، نیروی لازم برای شکستن پلیمر دو برابر فولاد است.