В мире материаловедения произошел прорыв, который может кардинально изменить подход к созданию защитных материалов. Группа исследователей во главе с Уильямом Дихтелем, профессором химии имени Роберта Л. Летсингера из Северо-Западного университета, разработала первый в своем роде двумерный механически сцепленный полимер. Этот материал, напоминающий наноразмерную кольчугу, обладает уникальными свойствами: высокой гибкостью, прочностью и невероятной плотностью механических связей.
Суть инновации заключается в создании полимера, состоящего из слоев сцепленных мономеров, формирующих 2D-листы. Ключевым элементом являются X-образные мономеры, которые в процессе кристального шаблонирования, удерживаются в жесткой структуре, что позволяет образовывать механические связи вокруг каждого из них. Этот метод позволяет достичь рекордной плотности связей – 100 триллионов на квадратный сантиметр. Такая плотность в разы превосходит все ранее известные материалы и является беспрецедентной.
Удивительным свойством нового полимера является его сочетание жесткости и гибкости. Несмотря на прочную структуру, материал обладает высокой эластичностью, что делает его перспективным для применения в различных областях. Одним из первых испытаний стало добавление 2,5% нового полимера к Ultem – высокопрочному материалу, схожему с кевларом. Результатом стало значительное повышение прочности и ударной вязкости композита, при том, что сам Ultem является достаточно прочным материалом.
Идея механических связей была заложена еще в 1980-х годах сэром Фрейзером Стоддартом, бывшим химиком Северо-Западного университета, который получил Нобелевскую премию по химии в 2016 году за свои исследования молекулярных машин. Уильям Дихтель, работавший в лаборатории Стоддарта в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, унаследовал этот интерес к механическим связям, и посвятил эту публикацию памяти сэра Фрейзера.
Разработанный процесс полимеризации является масштабируемым, что позволяет производить значительные количества нового материала. Команда уже изготовила полкилограмма 2D-полимера, что говорит о его потенциале для массового производства. Это открывает широкие перспективы для промышленного применения.
В создании материала принимала участие группа исследователей, помимо Уильяма Дихтеля, в том числе Мэдисон Бардо, кандидат наук и стипендиат IIN Ryan, первый автор статьи, профессора Дэвид Мюллер из Корнеллского университета и Мэтью Беккер из Университета Дьюка. Эти совместные усилия позволили создать действительно уникальный материал.
Перспективы применения 2D-механически сцепленного полимера весьма разнообразны. Его высокая прочность, гибкость и малый вес делают его идеальным кандидатом для создания легких бронежилетов, баллистических тканей и других защитных материалов. Также можно предположить его использование в аэрокосмической отрасли, производстве спортивного инвентаря и других областях, где требуются материалы с подобными характеристиками.
По словам Мэдисон Бардо, их полимер действительно напоминает кольчугу, но в масштабах наномира. Она подчеркивает, что материал очень прочный, но при этом гибкий, и это является одним из главных его преимуществ.
Статья с описанием нового материала была опубликована в журнале Science 17 января. Публикация имеет DOI: 10.1126/science.ads4968 и доступна на сайте .
Продолжающиеся исследования свойств нового материала открывают двери для дальнейших разработок и поиска новых областей применения. Вероятно, в ближайшем будущем мы увидим множество инновационных продуктов, созданных на основе этого революционного 2D-полимера. Этот материал может стать предвестником новой эры в материаловедении, где нанотехнологии и инновационные подходы к созданию материалов переопределят наши представления о прочности, гибкости и защите.
Изображение носит иллюстративный характер
Суть инновации заключается в создании полимера, состоящего из слоев сцепленных мономеров, формирующих 2D-листы. Ключевым элементом являются X-образные мономеры, которые в процессе кристального шаблонирования, удерживаются в жесткой структуре, что позволяет образовывать механические связи вокруг каждого из них. Этот метод позволяет достичь рекордной плотности связей – 100 триллионов на квадратный сантиметр. Такая плотность в разы превосходит все ранее известные материалы и является беспрецедентной.
Удивительным свойством нового полимера является его сочетание жесткости и гибкости. Несмотря на прочную структуру, материал обладает высокой эластичностью, что делает его перспективным для применения в различных областях. Одним из первых испытаний стало добавление 2,5% нового полимера к Ultem – высокопрочному материалу, схожему с кевларом. Результатом стало значительное повышение прочности и ударной вязкости композита, при том, что сам Ultem является достаточно прочным материалом.
Идея механических связей была заложена еще в 1980-х годах сэром Фрейзером Стоддартом, бывшим химиком Северо-Западного университета, который получил Нобелевскую премию по химии в 2016 году за свои исследования молекулярных машин. Уильям Дихтель, работавший в лаборатории Стоддарта в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, унаследовал этот интерес к механическим связям, и посвятил эту публикацию памяти сэра Фрейзера.
Разработанный процесс полимеризации является масштабируемым, что позволяет производить значительные количества нового материала. Команда уже изготовила полкилограмма 2D-полимера, что говорит о его потенциале для массового производства. Это открывает широкие перспективы для промышленного применения.
В создании материала принимала участие группа исследователей, помимо Уильяма Дихтеля, в том числе Мэдисон Бардо, кандидат наук и стипендиат IIN Ryan, первый автор статьи, профессора Дэвид Мюллер из Корнеллского университета и Мэтью Беккер из Университета Дьюка. Эти совместные усилия позволили создать действительно уникальный материал.
Перспективы применения 2D-механически сцепленного полимера весьма разнообразны. Его высокая прочность, гибкость и малый вес делают его идеальным кандидатом для создания легких бронежилетов, баллистических тканей и других защитных материалов. Также можно предположить его использование в аэрокосмической отрасли, производстве спортивного инвентаря и других областях, где требуются материалы с подобными характеристиками.
По словам Мэдисон Бардо, их полимер действительно напоминает кольчугу, но в масштабах наномира. Она подчеркивает, что материал очень прочный, но при этом гибкий, и это является одним из главных его преимуществ.
Статья с описанием нового материала была опубликована в журнале Science 17 января. Публикация имеет DOI: 10.1126/science.ads4968 и доступна на сайте .
Продолжающиеся исследования свойств нового материала открывают двери для дальнейших разработок и поиска новых областей применения. Вероятно, в ближайшем будущем мы увидим множество инновационных продуктов, созданных на основе этого революционного 2D-полимера. Этот материал может стать предвестником новой эры в материаловедении, где нанотехнологии и инновационные подходы к созданию материалов переопределят наши представления о прочности, гибкости и защите.
