每當想到防彈衣時，我們都會想到它又重又不方便。然而，有一個利用 2D 的輕量級變體比鋼更堅固但又像織物一樣柔韌的材質。
如果您擁有這款受鍊子郵件啟發的盔甲，您可能會覺得自己的動作非常輕盈——這要歸功於由互鎖分子鏈製成的材料。
什麼是二維機械互鎖聚合物材料？
這項發現在於一種以特殊分子結構建構的聚合物材料的核心。與依賴共價鍵（共享電子）的傳統聚合物相比，這種材料利用機械鍵，像鏈甲的連結一樣物理聯鎖。根據西北大學科學家認為，這使得材料異常堅固，但又具有驚人的柔韌性，非常適合需要強度和舒適性的應用，例如防彈衣。
這是如何運作的？
這種二維聚合物結構是在奈米尺度上設計的，以奈米為單位進行測量。 X形狀的單體組織成晶體結構。然後這些晶體與第二個分子反應，以機械方式結合在一起。
「我們製造了一種全新的聚合物結構，」研究合著者、西北大學的威廉·迪克特爾（William Dichtel）表示，它與鏈甲類似。
最終產品是一片彼此互鎖的二維聚合物分子，使材料堅固有彈性。
這種材料以其出色的粘合密度而著稱：每 0.16 平方英寸（1 平方厘米）有 100 兆個機械粘合。如此破紀錄的黏合密度使得這種材料比普通聚合物堅固得多。這種材料雖然堅固，但很靈活，這使得它可以在各種應用中進行操作和使用。
獨一無二的材料：高風險、高報酬的創新
開發這種材料的最大挑戰之一是找到一種引導聚合物形成機械鍵的方法。當西北大學的 Madison Bardot 和她的團隊弄清楚如何使用 X 形單體創建穩定的晶體結構時，突破就出現了。透過仔細控制這種排列並引入化學反應，他們能夠在晶體內形成機械鍵。
吉茲莫多報告稱，這是一個不小的壯舉，因為它本質上需要質疑分子晶體中可能發生哪些類型的反應的既定假設。結果值得冒險：一種在強度和柔韌性方面都優於傳統聚合物的材料。
這種特殊聚合物可以用在哪些地方
先前機械黏合聚合物在小規模製造中的另一個限制是，這種聚合物可以在更大的規模上使用；該團隊獲得了超過一盎司（超過 0.5 公斤）的材料，並相信獲得更大的重量是可行的。
在如此可擴展的水平上，這種輕體材料的大門敞開了一直到用於各種軍事和國防應用的彈道紡織品。
同樣的新型聚合物，即使數量很少，也能顯著提升其他材料的性能。例如，研究人員可以用低至 97.5% 的 Ultem 纖維（一種相當堅韌的材料，如 Kevlar）和僅 2.5% 的新型 2D 聚合物來製造複合材料。
添加新聚合物後，複合材料的整體強度增加，這表明其能夠增強現有材料的耐用性。
未來防護材料
這種突破性的二維聚合物材料有可能重新定義我們所認為的「輕質」和「堅固」。其靈活性和強度的獨特組合使其成為先進防彈衣、防彈織物和其他防護產品的首選材料。
雖然還需要更多的分析，但初步結果是有希望的，研究人員很高興繼續探索這種非凡材料的可能性。
在不久的將來，我們可以看到防彈衣不僅更堅固，而且更舒適、更輕，在不影響機動性的情況下提供更好的保護。這可能是明天的盔甲──輕如布料，卻比鋼鐵堅固。
