每当想到防弹衣时，我们都会想到它又重又不方便。然而，有一个利用 2D 的轻量级变体比钢更坚固但又像织物一样柔韧的材料。
如果您拥有这款受链子邮件启发的盔甲，您可能会觉得自己的动作非常轻盈——这要归功于由互锁分子链制成的材料。
什么是二维机械互锁聚合物材料？
这一发现在于一种以特殊分子结构构建的聚合物材料的核心。与依赖于共价键（共享电子）的传统聚合物相比，这种材料利用机械键，像链甲的链接一样物理联锁。根据西北大学科学家们认为，这使得该材料异常坚固，但又具有惊人的柔韧性，非常适合需要强度和舒适性的应用，例如防弹衣。
这是如何运作的？
这种二维聚合物结构是在纳米尺度上设计的，以纳米为单位进行测量。 X形状的单体组织成晶体结构。然后这些晶体与第二个分子发生反应，以机械方式结合在一起。
“我们制造了一种全新的聚合物结构，”研究合著者、西北大学的威廉·迪克特尔（William Dichtel）表示，它与链甲类似。
最终产品是一片彼此互锁的二维聚合物分子，使材料坚固而有弹性。
这种材料以其出色的粘合密度而著称：每 0.16 平方英寸（1 平方厘米）有 100 万亿个机械粘合。如此破纪录的粘合密度使得这种材料比普通聚合物坚固得多。这种材料虽然坚固，但很灵活，这使得它可以在各种应用中进行操作和使用。
独一无二的材料：高风险、高回报的创新
开发这种材料的最大挑战之一是找到一种引导聚合物形成机械键的方法。当西北大学的 Madison Bardot 和她的团队弄清楚如何使用 X 形单体创建稳定的晶体结构时，突破出现了。通过仔细控制这种排列并引入化学反应，他们能够在晶体内形成机械键。
吉兹莫多报道称，这是一个不小的壮举，因为它本质上需要质疑分子晶体中可能发生哪些类型的反应的既定假设。结果值得冒险：一种在强度和柔韧性方面都优于传统聚合物的材料。
这种特殊聚合物可以用在哪些地方
先前机械粘合聚合物在小规模制造中的另一个限制是，这种聚合物可以在更大的规模上使用；该团队获得了超过一盎司（超过 0.5 公斤）的材料，并相信获得更大的重量是可行的。
在如此可扩展的水平上，这种轻体材料的大门敞开了一直到用于各种军事和国防应用的弹道纺织品。
同样的新型聚合物，即使数量很少，也可以显着提升其他材料的性能。例如，研究人员可以用低至 97.5% 的 Ultem 纤维（一种相当坚韧的材料，如 Kevlar）和仅 2.5% 的新型 2D 聚合物来制造复合材料。
添加新聚合物后，复合材料的整体强度增加，这表明其能够增强现有材料的耐用性。
未来防护材料
这种突破性的二维聚合物材料有可能重新定义我们所认为的“轻质”和“坚固”。其灵活性和强度的独特结合使其成为先进防弹衣、防弹织物和其他防护产品的首选材料。
虽然还需要更多的分析，但初步结果是有希望的，研究人员很高兴继续探索这种非凡材料的可能性。
在不久的将来，我们可以看到防弹衣不仅更坚固，而且更舒适、更轻，在不影响机动性的情况下提供更好的保护。这可能是明天的盔甲——轻如布料，却比钢铁坚固。
