Les scientifiques ont créé un plastique équivalent à l'acier - solide mais pas lourd.Les plastiques, que les chimistes appellent parfois des polymères, sont une classe de molécules à longue chaîne composées d'unités répétitives courtes appelées monomères.Contrairement aux polymères précédents de même résistance, le nouveau matériau ne se présente sous forme de membrane.Il est également 50 fois plus étanche que le plastique le plus imperméable du marché.Un autre aspect notable de ce polymère est sa simplicité de synthèse.Le procédé, qui se déroule à température ambiante, ne nécessite que des matériaux bon marché, et la le polymère peut être produit en masse dans de grandes feuilles de quelques nanomètres d'épaisseur seulement. Les chercheurs rapportent leurs découvertes le 2 février dans la revue Nature.
Le matériau en question s'appelle un polyamide, un réseau fileté d'unités moléculaires d'amide (les amides sont des groupes chimiques d'azote attachés à des atomes de carbone liés à l'oxygène). Ces polymères comprennent le Kevlar, une fibre utilisée pour fabriquer des gilets pare-balles, et le Nomex, un feu- tissu résistant. Comme le Kevlar, les molécules de polyamide du nouveau matériau sont liées entre elles par des liaisons hydrogène sur toute la longueur de leurs chaînes, ce qui renforce la résistance globale du matériau.
"Ils collent ensemble comme du Velcro", a déclaré l'auteur principal Michael Strano, ingénieur chimiste du MIT. Pour déchirer les matériaux, il faut non seulement briser les chaînes moléculaires individuelles, mais également surmonter les liaisons hydrogène intermoléculaires géantes qui imprègnent l'ensemble du faisceau de polymères.
De plus, les nouveaux polymères peuvent automatiquement former des flocons. Cela rend le matériau facile à traiter, car il peut être transformé en films minces ou utilisé comme revêtement de surface en film mince. Les polymères traditionnels ont tendance à se développer sous forme de chaînes linéaires ou à se ramifier à plusieurs reprises. lien en trois dimensions, quelle que soit l'orientation. Mais les polymères de Strano se développent d'une manière unique en 2D pour former des nanofeuilles.
« Pouvez-vous agréger sur une feuille de papier ?Il s'avère que, dans la plupart des cas, vous ne pouvez pas le faire avant notre travail », a déclaré Strano. « Nous avons donc trouvé un nouveau mécanisme.Dans ce travail récent, son équipe a surmonté un obstacle pour rendre possible cette agrégation bidimensionnelle.
La raison pour laquelle les polyaramides ont une structure plane est que la synthèse des polymères implique un mécanisme appelé modélisation autocatalytique : à mesure que le polymère s'allonge et adhère aux blocs de construction monomères, le réseau de polymères en croissance incite les monomères suivants à se combiner uniquement dans la bonne direction pour renforcer l'union des structure bidimensionnelle. Les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient facilement appliquer le polymère en solution sur des tranches pour créer des stratifiés d'un pouce de large et d'une épaisseur inférieure à 4 nanomètres. C'est près d'un millionième de l'épaisseur du papier de bureau ordinaire.
Pour quantifier les propriétés mécaniques du matériau polymère, les chercheurs ont mesuré la force nécessaire pour percer des trous dans une feuille de matériau suspendue avec une aiguille fine.Ce polyamide est en effet plus rigide que les polymères traditionnels comme le nylon, le tissu utilisé pour fabriquer les parachutes.Remarquablement, il faut deux fois plus de force pour dévisser ce polyamide super résistant que l'acier de même épaisseur. Selon Strano, la substance peut être utilisée comme revêtement protecteur sur les surfaces métalliques, comme les placages de voiture, ou comme filtre pour purifier l'eau. Dans cette dernière fonction, la membrane filtrante idéale doit être fine mais suffisamment solide pour résister à des pressions élevées sans laisser échapper de petits contaminants gênants dans notre alimentation finale - un ajustement parfait pour ce matériau polyamide.
À l'avenir, Strano espère étendre la méthode de polymérisation à différents polymères au-delà de cet analogue du Kevlar. "Les polymères sont tout autour de nous", a-t-il déclaré. "Ils font tout."Imaginez transformer de nombreux types de polymères différents, même exotiques qui peuvent conduire l'électricité ou la lumière, en films minces qui peuvent couvrir une variété de surfaces, ajoute-t-il. "Grâce à ce nouveau mécanisme, peut-être que d'autres types de polymères peuvent maintenant être utilisés", dit Stano.
Dans un monde entouré de plastiques, la société a des raisons d'être enthousiasmée par un autre nouveau polymère dont les propriétés mécaniques sont tout sauf ordinaires, a déclaré Strano. Cet aramide est extrêmement durable, ce qui signifie que nous pouvons remplacer les plastiques de tous les jours, des peintures aux sacs en passant par les emballages alimentaires, avec des matériaux moins nombreux et plus résistants. Strano a ajouté que du point de vue de la durabilité, ce polymère 2D ultra-résistant est un pas dans la bonne direction pour libérer le monde du plastique.
Shi En Kim (comme on l'appelle généralement Kim) est une rédactrice scientifique indépendante d'origine malaisienne et stagiaire éditoriale de Popular Science Spring 2022. Elle a beaucoup écrit sur des sujets allant des utilisations originales des toiles d'araignées - les humains ou les araignées elles-mêmes - aux éboueurs. dans l'espace.
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Heure de publication : 19 mai 2022