Zırhın kumaş kadar hafif ama çelikten daha güçlü olduğunu, moleküler zincir zırh gibi birbirine bağlanan malzemelerden yapılmış olduğunu hayal edin. Bilim insanları bunu gerçeğe dönüştürme yolunda ilk adımı atmış olabilir.
Northwestern Üniversitesi bilim adamlarının liderliğindeki bir araştırma ekibi, zincir postadaki bağlantılara benzer, mekanik olarak birbirine kenetlenen ilk iki boyutlu (2D) malzemeyi geliştirdi. 16 Ocak’ta ayrıntıları verilen materyal çalışmak dergide yayınlandı Bilimhafif vücut zırhı ve balistik kumaşlar gibi ürünlerde umut verici uygulamalarla son derece esnek ve güçlüdür.
Araştırmacılar materyali nanoölçek düzeyinde inşa etti; bu, bireysel bileşenlerinin nanometre cinsinden ölçülebilir olduğu anlamına geliyor. Teknik olarak bir polimer: Monomer adı verilen daha küçük kimyasal birimlerden oluşan büyük moleküllerden oluşan bir madde. Polimerlerin örnekleri arasında proteinler, selüloz ve nükleik asitler bulunur.
2D mekanik olarak birbirine kenetlenmiş malzeme, örneğin genellikle polimerleri oluşturan ve elektronların paylaşımını içeren kovalent bağların aksine, mekanik bağlar (fiziksel birbirine kenetlenen bağlar) kullanan bir polimer yapısıdır. Araştırmacılara göre malzeme, 0,16 inç kare (1 santimetre kare) başına 100 trilyon mekanik bağ içeriyor; bu, şimdiye kadar yapılmış en yüksek mekanik bağ yoğunluğudur.
Northwestern Üniversitesi’nden çalışmanın ortak yazarı William Dichtel, bir üniversitede “Tamamen yeni bir polimer yapısı oluşturduk” dedi. ifade. “Mekanik bağların her biri bir miktar kayma özgürlüğüne sahip olduğu için kolaylıkla yırtılmaması açısından zincir zırha benzer. Çekerseniz uygulanan kuvveti birden fazla yönde dağıtabilir. Ve eğer onu parçalamak istiyorsanız, onu pek çok farklı yerden kırmanız gerekir. Özelliklerini keşfetmeye devam ediyoruz ve muhtemelen yıllarca üzerinde çalışacağız.”
Mekanik olarak birbirine kenetlenmiş moleküller yaratmanın en büyük zorluğu, polimerlerin mekanik bağlar oluşturmaya nasıl yönlendirileceğini bulmaktır. Araştırmayı yöneten Northwestern Üniversitesi’nden Madison Bardot’un bunu başarmak için yeni bir yöntem bulduğuna inanılıyor. Ekip, x şeklindeki monomerleri kristal bir yapıya (belirli bir sıralı düzenleme) yerleştirdi ve kristalleri başka bir molekülle reaksiyona soktu. Bu reaksiyon kristallerin içinde mekanik bağlar yarattı. Nihai ürün, araştırmacıların boşluklarını daha fazla X şekilli monomerle doldurduğu, X şekilli monomerler arasındaki bu bağlardan yapılmış, birbirine kenetlenmiş polimer levhalardan oluşan 2 boyutlu katmanlardır.
Dichtel, “Moleküler kristallerde ne tür reaksiyonların mümkün olduğuna dair varsayımlarımızı sorgulamak zorunda kaldığımız, yüksek riskli, yüksek ödüllü bir fikirdi” dedi. Ortaya çıkan malzeme inanılmaz derecede güçlü olmasına rağmen yine de esnektir ve işlenmesi kolaydır, çünkü polimer bir çözücü içinde çözündüğünde birbirine kenetlenmiş moleküllerin ayrı ayrı tabakaları birbirinden ayrılır.
“Polimer oluştuktan sonra yapıyı bir arada tutan pek bir şey kalmaz” diye ekledi. “Yani, onu çözücüye koyduğumuzda kristal çözülür, ancak her 2 boyutlu katman bir arada kalır. Bu bireysel sayfaları değiştirebiliriz.
Önceki araştırmacılar, seri üretimi zor olabilecek çok küçük miktarlarda mekanik olarak bağlanmış polimerler yapmış olsa da, ekibin yeni yöntemi şaşırtıcı derecede ölçeklenebilir. Malzemeden bir poundun (0,5 kilogram) üzerinde ürettiler ve daha fazlasını yapma olasılığını öne sürdüler.
Ancak yeni polimer yapısının küçük bir yüzdesi bile diğer maddeleri iyileştirebilir. Araştırmacılar %97,5 Ultem elyafı (Kevlar ile aynı aileden son derece sert bir malzeme) ve %2,5 2D polimerden oluşan bir malzeme yaptılar ve karışımın birincisini önemli ölçüde daha güçlü hale getirdiği sonucuna vardılar.
Dichtel şöyle devam etti: “Yapacak daha çok analizimiz var, ancak bunun bu kompozit malzemelerin gücünü artırdığını söyleyebiliriz.” “Ölçtüğümüz hemen hemen her mülk bir şekilde olağanüstü.”
Bu inanılmaz derecede güçlü ve esnek malzeme, geleceğin beklediği zırh olabilir.
