นักเคมีได้คิดค้นวัสดุใหม่ที่อาจกลายเป็นอนาคตของชุดเกราะ — จดหมายลูกโซ่ แต่นี่ไม่ใช่ยุคกลางอีกต่อไป วัสดุที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษชนิดใหม่นี้ทำมาจากโมเลกุลที่เชื่อมต่อกันในระดับนาโน นักวิทยาศาสตร์กล่าว
นักวิจัยได้หลอมรวมเส้นของโมเลกุล เช่น ตัวเชื่อมในสายโซ่ เพื่อสร้างแผ่นวัสดุที่เชื่อมต่อกันด้วยกลไกสองมิติ (2D MIM) ตัวแรกของโลก ซึ่งมีความยาวและความกว้าง วัสดุดังกล่าวประกอบด้วยพันธะเคมี 100 ล้านล้านพันธะต่อตารางเซนติเมตร (ประมาณ 650 ล้านล้านต่อตารางนิ้ว) ซึ่งเป็นความหนาแน่นสูงสุดของพันธะเชิงกลเท่าที่เคยมีมา นักวิจัยรายงานในการศึกษานี้ ซึ่งตีพิมพ์ในวารสารเมื่อวันที่ 16 มกราคมศาสตร์-
ผู้เขียนศึกษาได้เพิ่มวัสดุจำนวนเล็กน้อยลงในวัสดุพลาสติกเหนียวที่เรียกว่า Ultem ซึ่งทำจากโซ่โมเลกุลเช่นกัน Ultem นั้นแข็งแกร่งอย่างไม่น่าเชื่ออยู่แล้ว แต่ก็แข็งแกร่งยิ่งขึ้นด้วย 2D MIM งานวิจัยดังกล่าวซึ่งสามารถนำไปใช้ในเสื้อเกราะได้ในที่สุด ส่วนหนึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากสำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหมของรัฐบาล
“มันคล้ายกับจดหมายลูกโซ่ตรงที่ไม่สามารถฉีกได้ง่าย เพราะพันธะทางกลแต่ละอันมีอิสระที่จะเลื่อนไปมา” ผู้เขียนร่วมการศึกษาวิลเลียม เดนเซลศาสตราจารย์วิชาเคมีแห่งมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ในรัฐอิลลินอยส์ กล่าวในคำแถลง- “ถ้าคุณดึงมัน มันสามารถกระจายแรงที่กระทำไปได้หลายทิศทาง และถ้าคุณต้องการแยกมันออกจากกัน คุณจะต้องทำลายมันในสถานที่ต่างๆ มากมาย”
ที่เกี่ยวข้อง:
วัสดุ 2D MIM ทำมาจากวัสดุที่เชื่อมต่อกันซึ่งเป็นสายโซ่ยาวที่มีโมเลกุลเล็กกว่าเรียกว่าโมโนเมอร์ ทีมงานได้นำโมโนเมอร์รูปตัว X มาจัดเรียงเป็นโครงสร้างผลึกที่ทำปฏิกิริยาร่วมกัน เพื่อให้ปลายของโมโนเมอร์เชื่อมโยงกับปลายของโมโนเมอร์อื่นๆ ตามคำแถลง
ช่องว่างรูป X ของโมโนเมอร์แต่ละตัวซึ่งนักวิจัยสามารถถักทอเส้นเพิ่มเติมของโครงสร้างโมเลกุลเหล่านี้ ทำให้เกิดชั้นของโพลีเมอร์ 2D ที่เชื่อมต่อกันภายในคริสตัล จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ละลายผลึกเพื่อดึงโพลีเมอร์ที่เชื่อมต่อกันออกมา
“หลังจากที่โพลีเมอร์ถูกสร้างขึ้น จะไม่มีอะไรยึดโครงสร้างไว้ด้วยกันมากนัก” Dichtel กล่าว "ดังนั้น เมื่อเราใส่มันลงในตัวทำละลาย คริสตัลจะละลาย แต่แต่ละชั้น 2D จะยึดติดกัน เราสามารถจัดการแผ่นแต่ละแผ่นเหล่านั้นได้"
เพื่อทดสอบวัสดุใหม่ นักวิจัยได้สร้างวัสดุคอมโพสิตจากเส้นใย Ultem 97.5% และ 2D MIM 2.5% ปริมาณโพลีเมอร์ 2 มิติที่เชื่อมต่อกันจำนวนเล็กน้อยช่วยเพิ่มแรงที่จำเป็นในการเปลี่ยนรูปเส้นใย Ultem ได้ถึง 45% และปริมาณความเค้นที่ Ultem สามารถทนต่อได้ 22% ตามการศึกษา
“เรามีการวิเคราะห์อีกมากที่ต้องทำ แต่เราสามารถบอกได้ว่ามันจะช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้” Dichtel กล่าว “ทรัพย์สินเกือบทุกแห่งที่เราวัดได้มีความโดดเด่นไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง”
