Химики создали гибкий и прочный двумерный материал, напоминающий кольчугу

Новости МирТесен

Специалисты из Северо-Западного университета в Соединенных Штатах разработали новый материал с выдающимися характеристиками. Этот полимер, сочетающий высокую прочность, эластичность и малый вес, может быть произведен в значительных количествах и пригоден для изготовления защитных жилетов и баллистических тканей.

Используя новый метод полимеризации, ученым удалось создать инновационный материал. Ранее существовало мнение, что получение механически связанных молекул в полимерах не представляется возможным, однако группа исследователей разработала принципиально иной подход. Химики выстроили X-образные мономеры — соединения, являющиеся строительными блоками полимеров — в высокоупорядоченную кристаллическую структуру и химически связали их. Эти мономеры обладают простой структурой и, как правило, характеризуются небольшой молекулярной массой, но способны соединяться, формируя полимерные цепи.

Кристаллы, полученные учеными, состоят из слоев двумерных листов, связанных механически и содержащих X-образные мономеры. Один мономер проникает в кристаллическую структуру другого, образуя макроцикл и обеспечивая механическую связь в каждом повторяющемся звене двумерного полимера. Данное соединение формирует слоистую твердую субстанцию, легко расслаивающуюся при воздействии обычных органических растворителей. Это позволяет проводить детальный анализ с использованием современных спектроскопических методов и электронной микроскопии.

Данный материал является первым в своем роде, обладающим подобной архитектурой. Он также демонстрирует уникальную плотность – 100 триллионов единиц на квадратный сантиметр. Кроме того, исследователи отмечают возможность масштабного производства этого полимера, что отличает его от существующих аналогов, синтез которых обычно ограничен мелкими объемами и не позволяет найти им широкое практическое применение. Для оценки совместимости нового материала химики добавили 2,5% к полиэфиримидным волокнам, что привело к увеличению модуля упругости на 45% и прочности на разрыв – на 22%.

Научная работа опубликована в журнале Science. Именно ей исследователи посвятили память Джеймса Фрейзера Стоддарта (24.05.1942 — 30.12.2024), выдающегося специалиста в области супрамолекулярной химии и нанотехнологий, Нобелевского лауреата по химии и профессора Северо-Западного университета.