นักวิทยาศาสตร์สร้างพอลิเมอร์เหมือนเกราะที่แข็งแกร่งกว่าเหล็ก แต่มีความยืดหยุ่นเหมือนผ้า

เมื่อใดก็ตามที่เกราะร่างกายเข้ามาในใจเราคาดว่ามันจะหนักและไม่สะดวก อย่างไรก็ตามมีตัวแปรที่มีน้ำหนักเบาที่ใช้ประโยชน์จาก 2Dวัสดุที่แข็งแรงกว่าเหล็ก แต่มีความยืดหยุ่นเหมือนผ้า

หากคุณมีชุดเกราะที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก Mail Mail คุณอาจรู้สึกว่าการเคลื่อนไหวของคุณเบามาก-ขอบคุณวัสดุที่ทำจากโซ่โมเลกุลที่เชื่อมต่อกัน

วัสดุโพลีเมอร์แบบเชื่อมต่อกลไก 2D คืออะไร?

การค้นพบอยู่ในแกนกลางของวัสดุพอลิเมอร์ที่สร้างขึ้นในโครงสร้างโมเลกุลพิเศษ ตรงกันข้ามกับพอลิเมอร์แบบดั้งเดิมซึ่งขึ้นอยู่กับพันธะโควาเลนต์ - การแบ่งปันอิเล็กตรอน - วัสดุนี้ใช้ประโยชน์จากพันธะเชิงกลการเชื่อมต่อทางร่างกายเป็นลิงก์ของ chainmail ตามมหาวิทยาลัยนอร์ ธ เวสเทิร์นนักวิทยาศาสตร์สิ่งนี้ทำให้วัสดุแข็งแกร่งเป็นพิเศษ แต่มีความยืดหยุ่นอย่างน่าประหลาดใจและเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแกร่งและความสะดวกสบายเช่นในชุดเกราะ

งานนี้ทำงานอย่างไร?

โครงสร้างพอลิเมอร์ 2D นี้ได้รับการออกแบบที่ระดับนาโนซึ่งวัดในนาโนเมตร โมโนเมอร์ที่มีรูปร่างของ X ถูกจัดเป็นโครงสร้างผลึก ผลึกเหล่านั้นจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลที่สองเพื่อเชื่อมต่อกันโดยกลไก

“ เราสร้างโครงสร้างพอลิเมอร์ใหม่อย่างสมบูรณ์” William Dichtel ผู้เขียนร่วมของมหาวิทยาลัยนอร์ ธ เวสเทิร์นกล่าวว่าอธิบายว่าคล้ายกับ Chainmail

ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นแผ่นของโมเลกุลโพลีเมอร์ 2D ที่เชื่อมต่อกันทำให้วัสดุมีความแข็งแรงและยืดหยุ่น

วัสดุนี้โดดเด่นด้วยความหนาแน่นของพันธะที่โดดเด่น: มีพันธะทางกล 100 ล้านล้านต่อ 0.16 ตารางนิ้ว (1 ตารางเซนติเมตร) ความหนาแน่นของพันธะที่ทำลายสถิติดังกล่าวเป็นสิ่งที่ทำให้วัสดุนี้แข็งแกร่งกว่าโพลีเมอร์ทั่วไป วัสดุที่แข็งแกร่งนั้นมีความยืดหยุ่นซึ่งทำให้สามารถใช้งานได้และใช้งานได้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย

วัสดุที่ไม่เหมือนใคร: นวัตกรรมที่มีความเสี่ยงสูงและให้รางวัลสูง

หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการพัฒนาวัสดุนี้คือการหาวิธีที่จะชี้นำโพลีเมอร์ในการสร้างพันธะทางกล ความก้าวหน้าเกิดขึ้นเมื่อเมดิสันบาร์ดอตและทีมงานของเธอที่มหาวิทยาลัยนอร์ ธ เวสเทิร์นคิดหาวิธีใช้โมโนเมอร์รูป X เพื่อสร้างโครงสร้างผลึกที่มั่นคง ด้วยการควบคุมการจัดเรียงนี้อย่างระมัดระวังและแนะนำปฏิกิริยาทางเคมีพวกเขาสามารถสร้างพันธะเชิงกลภายในผลึก

กิซโอดโดรายงานว่านี่ไม่ใช่ความสำเร็จเล็กน้อยเนื่องจากมีการตั้งคำถามเกี่ยวกับการตั้งสมมติฐานที่กำหนดไว้เกี่ยวกับชนิดของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ในผลึกโมเลกุล ผลที่ได้คือคุ้มค่ากับความเสี่ยง: วัสดุที่สามารถทำได้ดีกว่าพอลิเมอร์แบบดั้งเดิมทั้งในความแข็งแรงและความยืดหยุ่น

เราจะใช้โพลีเมอร์พิเศษนี้ได้ที่ไหน

ข้อ จำกัด อีกประการหนึ่งของโพลีเมอร์ที่ถูกผูกมัดทางกลไกก่อนหน้านี้ในการผลิตขนาดเล็กอันนี้สามารถนำมาใช้ในระดับที่ใหญ่กว่าได้ ทีมได้รับมากกว่าออนซ์ (มากกว่า 0.5 กิโลกรัม) ของวัสดุและเชื่อว่าน้ำหนักที่ใหญ่กว่านั้นเป็นไปได้ที่จะได้รับ

ในระดับที่ปรับขนาดได้ประตูเปิดสำหรับวัสดุนี้ในร่างกายแสงR ตลอดไปจนถึงสิ่งทอ ballistic ที่ใช้ในการใช้งานทางทหารและการป้องกันต่างๆ

พอลิเมอร์ใหม่เดียวกันแม้ในปริมาณน้อยสามารถอัพเกรดคุณสมบัติของวัสดุอื่น ๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นนักวิจัยสามารถสร้างวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใย Ultem 97.5 เปอร์เซ็นต์ซึ่งเป็นวัสดุที่ค่อนข้างยากเช่น Kevlar และเพียง 2.5% ของโพลีเมอร์ 2D ใหม่

เมื่อเพิ่มพอลิเมอร์ใหม่ความแข็งแรงโดยรวมของคอมโพสิตเพิ่มขึ้นแสดงถึงความสามารถในการเพิ่มความทนทานในวัสดุที่มีอยู่

วัสดุป้องกันอนาคต

วัสดุโพลีเมอร์ 2D ที่ทำลายเกมนี้มีศักยภาพในการกำหนดสิ่งที่เราพิจารณาว่า "น้ำหนักเบา" และ "แข็งแกร่ง" ใหม่ การผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของความยืดหยุ่นและความแข็งแรงสามารถทำให้เป็นวัสดุที่เป็นไปได้สำหรับชุดเกราะของร่างกายขั้นสูงผ้าขีปนาวุธและผลิตภัณฑ์ป้องกันอื่น ๆ

ในขณะที่จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์เพิ่มเติมผลลัพธ์เบื้องต้นมีแนวโน้มและนักวิจัยรู้สึกตื่นเต้นที่จะสำรวจความเป็นไปได้สำหรับวัสดุที่น่าทึ่งนี้ต่อไป

ในอนาคตอันใกล้เราจะเห็นเกราะของร่างกายที่ไม่เพียง แต่แข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น แต่ยังสะดวกสบายและมีน้ำหนักเบามากขึ้นให้การป้องกันที่ดีขึ้น นี่อาจเป็นเกราะของวันพรุ่งนี้ - เป็นผ้า แต่แข็งแรงกว่าเหล็ก