Химики создали новый тип «суперполимера», который в два раза прочнее стали, но при этом легкий и ультратонкий. Это стало возможно, потому что основные строительные блоки этого органического материала образуют двумерную сеть толщиной всего в один молекулярный слой. Это придает 2D-полимеру его необычные свойства.
Как правило, полимеры получают путем объединения основных строительных блоков и создания условий, при которых они сами сшиваются друг с другом. Однако это затрудняет контроль за выравниванием этих связей. «Как только в полимеризующемся диске хотя бы одно связующее плечо выступает из плоскости, трехмерная структура будет расти быстрее, чем желаемая двухмерная плоскость», — объясняют Ювен Цзэн и его коллеги (Массачусетский технологический институт).
Десятилетиями не удавалось получить двумерные полимеры. Команда Цзэна выбрала для этого два основных строительных блока, что привело к плоскостному расположению связей. В качестве исходных материалов химики использовали пиридин и азотсодержащую кольцевую молекулу меламина, которые при реакции друг с другом образуют отдельные слои, растущие только в боковом направлении. Эти двумерные сети могут свободно соединяться друг с другом посредством водородных связей, образуя многослойные пленки.
Исследователи проверили на практических тестах, обладают ли пленки, изготовленные из 2D-полимера, желаемыми свойствами. Как выяснилось, чтобы вдавить материал 2ДПА-1 иглой атомно-силового микроскопа, требуется давление более 12,7 гигапаскалей - это в 4-6 раз превосходит свойства пуленепробиваемого стекла. Прочность материала на изгиб еще выше: он показал предел текучести 488 мегапаскалей. Это почти вдвое больше, чем у конструкционной стали. И хотя 2D-полимер состоит из однослойной, по-видимому, «дырявой» молекулярной сети, он непроницаем для газов и воды.
Ультратонкая полимерная пленка может быть использована для нанесения защитного покрытия на автомобильные детали или мобильные телефоны и стать новым строительным материалом, например, для мостов или зданий, сообщают исследователи в Nature.
