麻省理工学院成功开发二维聚合物材料。
这种新材料是一种二维聚合物，可以自我组装成薄片。与所有其他聚合物不同，普通聚合物只能聚合形成像意大利面条一样的一维长链。迄今为止，科学家一直认为诱导聚合物形成二维薄片是不可能的。
麻省理工学院化学工程教授、这项新研究工作的主要负责人迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)表示，过去人们通常不会认为塑料可以用作建筑结构材料，但使用这种新材料可以创造出新的东西。这种新材料具有不同寻常和令人兴奋的特性，可以用作汽车部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。
研究人员已经就这种材料的生成过程申请了两项专利，相关研究成果已经发表在《自然》杂志的一篇论文中。麻省理工学院的博士后Yuwen Zeng是这项研究的主要作者。
二维材料
聚合物，包括所有的塑料，都是由单体组成的结构单元重复聚合成链而成。这些链通过在其末端不断增加新的结构单元而形成长链。一旦聚合过程完成，聚合物可以通过注射成型制成三维物体，如水瓶。
材料科学中有一个长期存在的假设，即如果可以诱导聚合物生长成二维薄片，它们应该会形成极其坚固和轻质的材料。然而，在这个领域研究了几十年后，科学家们得出结论，这种材料是不可能实现的。重要原因是聚合过程中只要有一个单体向上或向下旋转，超出二维平面，材料就会在三维空间膨胀生长，失去片状结构。
然而，在这项新的研究中，Strano和他的同事提出了一种新的聚合工艺，这种工艺可以生成一种叫做聚芳酰胺的二维薄片。其中，单体结构单元是一种叫三聚氰胺的化合物，含有一个碳氮原子环。在适当的条件下，这种单体可以二维生长，形成盘状材料。这些圆盘相互堆叠，并通过层间氢键结合在一起，使结构非常稳定和牢固。
斯特拉诺说，新的聚合工艺可以制造片状的分子表面，而不是像过去那样制造类似意大利面条的长分子链，因此可以在二维空间自动连接分子表面。这种聚合机制可以在溶液中自动发生，当材料聚合时，它可以很容易地旋转以形成非常坚固的膜。
因为材料可以在溶液中自组装，所以只需增加起始材料的量就可以实现大规模生产。研究人员表示，这种材料薄膜可以涂在其他物体表面，材料品牌为2DPA-1。
斯特拉诺说，随着这项科学研究的进展，人类拥有了二维聚合物，这将有助于更容易地制造出非常坚固和极薄的新材料。
重量轻、强度高
研究人员的进一步研究表明，新材料的弹性模量——甚至是材料变形所需的力——比防弹玻璃高4到6倍。此外，虽然这种材料的密度只有钢的六分之一，但它的屈服强度——破坏材料所需的力——是钢的两倍。
芝加哥大学普利兹克分子工程学院院长马修·蒂雷尔(Matthew Tirrell)表示，这项新技术“体现了一种非常有创意的化学方法来制造这种互联的二维聚合物”。
Tirrell说，这种全新的聚合物之所以能够形成，重要的原因是它在溶液中容易形成。由于该材料具有良好的比强度，它将促进许多新的应用，如新型复合材料或防止在液体中扩散的膜材料。
2DPA-1的另一个关键特点是不透气。其他聚合物材料通常由长链盘绕而成，分子之间有间隙，允许气体透过。但这种新材料是像乐高积木一样由单体拼接而成，气体分子无法穿过。
利用这一特性，人们可以创造一种超薄涂层，可以完全阻止水或气体通过。这种阻隔涂层可用于保护汽车和其他设备中使用的金属结构的表面。
斯特拉诺的研究小组正在对这种特殊聚合物能够形成二维薄片的机制进行更详细的研究。此外，研究人员正试图改变分子组成，以创造其他类型的新材料。
这项研究由美国能源部科学办公室和美国陆军研究实验室下属的增强型纳米流体运输中心(CENT)资助。(陈)据