MIT开发新型轻质材料比钢更坚固

麻省理工学院的化学工程师使用一种新的聚合工艺，创造了一种比钢更坚固、像塑料一样轻的新材料，并且可以很容易地大量制造。这种新材料是一种二维聚合物，可以自组装成薄片，与所有其他聚合物不同，后者形成一维的意大利面条状链。到目前为止，科学家们一直认为不可能诱导聚合物形成二维片材。麻省理工学院 Carbon P. Dubbs 化学工程教授、该研究的资深作者 Michael Strano 说，这种材料可以用作汽车零件或手机的轻质耐用涂层，也可以用作桥梁或其他结构的建筑材料。

聚合物科学家长期以来一直假设，如果可以诱导聚合物长成二维片材，它们应该会形成极其坚固、轻质的材料。然而，在该领域数十年的工作得出的结论是，不可能创建这样的表。造成这种情况的一个原因是，如果只有一个单体向上或向下旋转，超出生长片的平面，材料将开始在三个维度上膨胀，片状结构将丢失。

然而，在这项新研究中，斯特拉诺和他的同事们提出了一种新的聚合工艺，使他们能够生成一种称为聚芳酰胺的二维片材。对于单体结构单元，他们使用一种叫做三聚氰胺的化合物，它含有一个碳和氮原子环。在适当的条件下，这些单体可以二维生长，形成圆盘。这些圆盘相互堆叠，通过层间的氢键结合在一起，使结构非常稳定和坚固。由于材料在溶液中自组装，因此可以通过简单地增加起始材料的数量来大量制造。研究人员表明，他们可以在表面涂上这种材料的薄膜，他们称之为 2DPA-1。

研究人员发现，新材料的弹性模量——衡量材料变形所需的力——比防弹玻璃高四到六倍。他们还发现，尽管材料的密度只有钢的六分之一，但它的屈服强度，或者说破坏材料所需的力量是钢的两倍。2DPA-1 的另一个关键特性是它不透气。虽然其他聚合物是由带有间隙的盘绕链制成的，可以让气体渗入，但这种新材料是由像乐高积木一样锁在一起的单体制成的，分子无法进入它们之间。

研究人员已经就他们用来生成这种材料的过程申请了两项专利，他们在今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中对此进行了描述。麻省理工学院博士后 Yuwen Zeng 是该研究的主要作者。