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最新文章2023-09-25

麻省理工学院发明了一种比钢还坚固的新型塑料


麻省理工学院发明了一种比钢还坚固的新型塑料


这种被命名为 2DPA-1 的材料像塑料一样轻，具有可塑性，其强度和抵抗能力可以跟钢以及防弹玻璃相提并论。除了强韧，该材料还可以轻松地进行大量生产，并进行化学回收。

麻省理工学院的化学工程师们发明了一种新型塑料，其强度是钢的两倍，有朝一日或用作建筑材料。
这种被命名为 2DPA-1 的材料像塑料一样轻，具有可塑性，但据该项目的研究人员透露，其强度和抵抗能力可以跟钢以及防弹玻璃相提并论。
根据麻省理工学院工程师们的设想，在不久的将来，2DPA-1 将被用作涂层，以提高物体的耐久性，并最终成为一种结构材料。
麻省理工学院化学工程教授 Michael Strano 说:“一般来说，我们认为塑料无法用来支撑建筑物，但有了这种材料，情况便有所不同，它的特性非同寻常。”
二维分子结构赋予聚合物超高强度
2DPA-1 是一种聚合物，一种包含各种塑料的物质。但是，所有其他聚合物都是在一维链上生长，在其末端加入新的分子，而2DPA-1则是在二维链上生长，形成一种叫做聚芳酰胺的片状结构。
Strano 说:“我们可以制造一个片状的分子平面，而不是一个形状与意大利面相似的分子。在这个片状分子平面上，我们可以让分子在二维链上相互连结。”
正是二维特性赋予 2DPA-1 强度，消除了其他塑料中聚合物链之间的间隙。
其屈服强度，也就是折断它所需要的力，是钢的两倍，而其密度仅为钢的六分之一，因此重量很轻。
研究人员还将它与防弹玻璃进行了比较，称这种材料弹性模量是防弹玻璃的 4 到 6 倍，弹性模量是指使其形状发生改变所需的力。
工程师们通过前所未有的聚合过程合成了 2DPA-1，这一过程会在适合的化学溶液中自然发生。他们在《自然》杂志上发表论文，公布了其研究成果。
不渗透性使该材料的用途更广
研究人员称，2DPA-1 最直接的商业用途是作为超薄防护涂层，可以应用于汽车、手机或其他物体，使其更加坚固耐用。
因为与其他类型的塑料相比，这种材料的分子结构密闭，不渗水、不透气，所以防止氧化、生锈或者腐烂的能力极强。
Strano 表示：“这种防护涂层可以用来保护汽车和其他交通工具的金属或钢结构。”


然而，2DPA-1 将来的应用还会得到进一步的拓展，因为片状分子理论上可以堆叠起来构成建筑材料，或者用作碳纤维等复合材料中的纳米管或者纳米纤维。
除了强韧，2DPA-1 还跟其他类型的塑料一样，具备一些有趣的特性，跟钢铁以及玻璃等材料相比，其重量更轻，生产耗能更少。
研究人员告诉 Dezeen，他们可以预见，2DPA-1 可能被用作建筑物的结构加固材料，或者用作分离膜。
该材料可以轻松大量生产
2DPA-1 另一个前景极佳的特点，是它可以轻松地进行大量生产。
这就意味着，与石墨烯等一些新近出现的神奇材料不同，2DPA-1 应该很容易在实验室之外进行大规模生产。
麻省理工学院的研究人员在烧杯中制造出 2DPA-1，但他们表示，要大量制造这种塑料，只需要增加原材料的数量。
与其他类型的塑料类似，2DPA-1 在室温下便可制造，因此无需大量的热能。
工程师们还推断，这种材料应该是可回收的。如果它被用作纤维，应该能够像凯夫拉纤维一样可以重纺或者化成浆状，而其他形态的2DPA-1 或许像尼龙一样，可以进行化学回收。
目前，79% 的塑料被倾倒在垃圾填埋场，或者被丢弃在自然环境中，甚至需要数千年才能分解。

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