Czy pamiętasz melaminę? To niesławny „dodatek do mleka w proszku”, ale co zaskakujące, może być „przekształcony”.

2 lutego w Nature, wiodącym międzynarodowym czasopiśmie naukowym, opublikowano artykuł badawczy, w którym stwierdzono, że melaminę można przetworzyć na materiał twardszy od stali i lżejszy od plastiku, ku wielkiemu zaskoczeniu ludzi. Artykuł został opublikowany przez zespół kierowany przez znanego naukowca zajmującego się materiałami Michaela Strano, profesora w Katedrze Inżynierii Chemicznej w Massachusetts Institute of Technology, a pierwszym autorem był pracownik naukowy Yuwei Zeng.

Podobno nazwalimateriał 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 przypominający wyglądem mleko.

Melamina jest bezsmakowa i słabo rozpuszczalna w wodzie, ale także w metanolu, formaldehydzie, kwasie octowym, glicerynie, pirydynie itp. Jest nierozpuszczalna w acetonie i eterze. Jest szkodliwa dla organizmu człowieka, a zarówno Chiny, jak i WHO określiły, że melaminy nie należy stosować w przetwórstwie żywności ani dodatkach do żywności, ale w rzeczywistości melamina jest nadal bardzo ważna jako surowiec chemiczny i surowiec budowlany, szczególnie w farbach, lakierach, płytach, klejach i innych produktach, które mają wiele zastosowań.

Wzór cząsteczkowy melaminy to C3H6N6, a masa cząsteczkowa wynosi 126,12. Ze wzoru chemicznego możemy dowiedzieć się, że melamina zawiera trzy pierwiastki: węgiel, wodór i azot, i zawiera strukturę pierścieni węglowych i azotowych, a naukowcy z MIT odkryli w swoich eksperymentach, że te cząsteczki melaminy, monomery, mogą rosnąć w dwóch wymiarach w odpowiednich warunkach, a wiązania wodorowe w cząsteczkach zostaną utrwalone, tworząc stały Wiązania wodorowe w cząsteczkach zostaną utrwalone, tworząc kształt dysku w stałym ułożeniu, podobnie jak heksagonalna struktura utworzona przez dwuwymiarowy grafen, a ta struktura jest bardzo stabilna i mocna, więc melamina w rękach naukowców przekształca się w wysokiej jakości dwuwymiarowy arkusz zwany poliamidem.

Strano dodał, że materiał ten jest również prosty w produkcji i może powstawać spontanicznie w roztworze, z którego później można usunąć powłokę 2DPA-1, co stanowi łatwy sposób na produkcję niezwykle wytrzymałego, a jednocześnie cienkiego materiału w dużych ilościach.

Naukowcy odkryli, że nowy materiał ma moduł sprężystości, miarę siły wymaganej do odkształcenia, który jest cztery do sześciu razy większy niż szkło kuloodporne. Odkryli również, że pomimo gęstości wynoszącej jedną szóstą gęstości stali, polimer ma dwukrotnie większą granicę plastyczności, czyli siłę wymaganą do złamania materiału.

Inną kluczową właściwością materiału jest jego szczelność. Podczas gdy inne polimery składają się ze skręconych łańcuchów z przerwami, przez które może wydostać się gaz, nowy materiał składa się z monomerów, które trzymają się razem jak klocki Lego, a cząsteczki nie mogą się między nimi dostać.

Pozwala nam to tworzyć ultracienkie powłoki, które są całkowicie odporne na przenikanie wody lub gazu” – powiedzieli naukowcy. Tego typu powłoka barierowa mogłaby być stosowana do ochrony metali w samochodach i innych pojazdach lub konstrukcjach 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.

Jest oczywiste, że ten materiał jest wysoce pożądany i jeśli będzie mógł być produkowany masowo, może przynieść duże zmiany w dziedzinie motoryzacji, lotnictwa i ochrony balistycznej. Zwłaszcza w dziedzinie pojazdów o nowej energii, chociaż wiele krajów planuje wycofać pojazdy zasilane paliwem po 2035 r., ale obecny zasięg pojazdów o nowej energii nadal stanowi problem. Jeśli ten nowy materiał będzie mógł być stosowany w dziedzinie motoryzacji, oznacza to, że masa pojazdów o nowej energii zostanie znacznie zmniejszona, ale także zmniejszy się utrata mocy, co pośrednio poprawi zasięg pojazdów o nowej energii.