Pamiętasz melaminę? To niesławny „dodatek do mleka w proszku”, ale, co zaskakujące, może być „przekształcany”.

2 lutego w Nature, wiodącym międzynarodowym czasopiśmie naukowym, opublikowano artykuł badawczy, w którym autorzy twierdzą, że melaminę można przetworzyć na materiał twardszy niż stal i lżejszy od plastiku, ku wielkiemu zaskoczeniu. Artykuł został opublikowany przez zespół kierowany przez znanego materiałoznawcę Michaela Strano, profesora Wydziału Inżynierii Chemicznej w Massachusetts Institute of Technology, a pierwszym autorem był Yuwei Zeng, pracownik naukowy w ramach stażu podoktorskiego.

Podobno nadali temu nazwęmateriał wwytwarzany z melaminy 2DPA-1, dwuwymiarowego polimeru, który samoczynnie układa się w arkusze, tworząc mniej gęsty, ale niezwykle wytrzymały, wysokiej jakości materiał, na który złożono dwa patenty.

Melamina, powszechnie znana jako dimetyloamina, to biały, jednoskośny kryształ, który wyglądem przypomina mleko.

Melamina jest bezsmakowa i słabo rozpuszczalna w wodzie, ale także w metanolu, formaldehydzie, kwasie octowym, glicerynie, pirydynie itp. Nie rozpuszcza się w acetonie i eterze. Jest szkodliwa dla organizmu, a zarówno Chiny, jak i WHO zaleciły, aby melaminy nie stosować w przetwórstwie żywności ani jako dodatku do żywności. W rzeczywistości melamina nadal jest bardzo ważnym surowcem chemicznym i budowlanym, szczególnie w farbach, lakierach, płytach, klejach i innych produktach, które mają wiele zastosowań.

Wzór cząsteczkowy melaminy to C3H6N6, a jej masa cząsteczkowa wynosi 126,12. Ze wzoru chemicznego wynika, że ​​melamina zawiera trzy pierwiastki: węgiel, wodór i azot, a także strukturę pierścieni węglowych i azotowych. Naukowcy z MIT odkryli w swoich eksperymentach, że te cząsteczki melaminy, monomery, mogą rosnąć dwuwymiarowo w odpowiednich warunkach, a wiązania wodorowe w cząsteczkach będą się ze sobą wiązać, tworząc stały układ warstw. Wiązania wodorowe w cząsteczkach będą się ze sobą wiązać, tworząc kształt dysku o stałym ułożeniu warstw, podobnie jak heksagonalna struktura tworzona przez dwuwymiarowy grafen. Struktura ta jest bardzo stabilna i wytrzymała, więc w rękach naukowców melamina przekształca się w wysokiej jakości dwuwymiarowy arkusz zwany poliamidem.

Strano dodał, że materiał ten jest również prosty w produkcji i można go wytwarzać spontanicznie w roztworze, z którego później można usunąć warstwę 2DPA-1, co pozwala na łatwą produkcję wyjątkowo wytrzymałego, a jednocześnie cienkiego materiału w dużych ilościach.

Naukowcy odkryli, że nowy materiał ma moduł sprężystości, czyli miarę siły potrzebnej do odkształcenia, cztery do sześciu razy większy niż szkło kuloodporne. Stwierdzili również, że pomimo gęstości wynoszącej jedną szóstą gęstości stali, polimer ten ma dwukrotnie większą granicę plastyczności, czyli siłę potrzebną do rozbicia materiału.

Kolejną kluczową właściwością tego materiału jest jego szczelność. Podczas gdy inne polimery składają się ze skręconych łańcuchów z przerwami, przez które może uchodzić gaz, nowy materiał składa się z monomerów, które przylegają do siebie jak klocki Lego, a cząsteczki nie mogą się między nimi przedostać.

„Pozwala nam to tworzyć ultracienkie powłoki, które są całkowicie odporne na przenikanie wody i gazów” – powiedzieli naukowcy. „Ten rodzaj powłoki barierowej mógłby być stosowany do ochrony metali w samochodach i innych pojazdach, a także konstrukcji stalowych”.

Teraz naukowcy badają szczegółowo, w jaki sposób ten konkretny polimer może zostać uformowany w dwuwymiarowe arkusze i próbują zmienić jego skład cząsteczkowy, aby stworzyć inne rodzaje nowych materiałów.

Nie ulega wątpliwości, że ten materiał jest wysoce pożądany i jeśli będzie mógł być produkowany masowo, może przynieść znaczące zmiany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i balistycznym. Zwłaszcza w dziedzinie pojazdów o nowych źródłach energii, chociaż wiele krajów planuje wycofanie pojazdów spalinowych po 2035 roku, obecny zasięg pojazdów o nowych źródłach energii nadal stanowi problem. Jeśli ten nowy materiał będzie mógł zostać wykorzystany w motoryzacji, oznacza to znaczne zmniejszenie masy pojazdów o nowych źródłach energii, a także zmniejszenie strat mocy, co pośrednio poprawi zasięg pojazdów o nowych źródłach energii.