Os cientistas criaram um plástico equivalente ao aço - forte, mas não pesado. Os plásticos, que os químicos às vezes chamam de polímeros, são uma classe de moléculas de cadeia longa compostas de unidades de repetição curtas chamadas monômeros. Ao contrário dos polímeros anteriores com a mesma resistência, o novo material apenas vem em forma de membrana.Também é 50 vezes mais hermético do que o plástico mais impermeável do mercado.Outro aspecto notável desse polímero é sua simplicidade de síntese.O processo, que ocorre à temperatura ambiente, requer apenas materiais baratos, e o o polímero pode ser produzido em massa em grandes folhas com apenas nanômetros de espessura. Os pesquisadores relatam suas descobertas em 2 de fevereiro na revista Nature.
O material em questão é chamado de poliamida, uma rede encadeada de unidades moleculares de amida (amidas são grupos químicos de nitrogênio ligados a átomos de carbono ligados a oxigênio). Tais polímeros incluem Kevlar, uma fibra usada para fazer coletes à prova de balas, e Nomex, uma tecido resistente. Assim como o Kevlar, as moléculas de poliamida do novo material estão ligadas entre si por pontes de hidrogênio ao longo de toda a extensão de suas cadeias, o que aumenta a resistência geral do material.
"Eles grudam como velcro", disse o principal autor Michael Strano, um engenheiro químico do MIT. Rasgar materiais requer não apenas a quebra de cadeias moleculares individuais, mas também a superação das gigantescas ligações de hidrogênio intermoleculares que permeiam todo o feixe de polímeros.
Além disso, os novos polímeros podem formar flocos automaticamente. Isso torna o material fácil de processar, pois pode ser transformado em filmes finos ou usado como um revestimento superficial de filme fino. Os polímeros tradicionais tendem a crescer como cadeias lineares ou se ramificam e ligação em três dimensões, independentemente da orientação. Mas os polímeros de Strano crescem de forma única em 2D para formar nanofolhas.
“Você pode agregar em um pedaço de papel?Acontece que, na maioria dos casos, você não pode fazer isso até o nosso trabalho”, disse Strano. “Então, encontramos um novo mecanismo.”Neste trabalho recente, sua equipe superou um obstáculo para tornar possível essa agregação bidimensional.
A razão pela qual as poliaramidas têm uma estrutura planar é que a síntese de polímeros envolve um mecanismo chamado modelagem autocatalítica: à medida que o polímero se alonga e adere aos blocos de construção do monômero, a crescente rede de polímeros induz os monômeros subsequentes a se combinarem apenas na direção certa para fortalecer a união dos estrutura bidimensional. Os pesquisadores demonstraram que poderiam facilmente revestir o polímero em solução em wafers para criar laminados de uma polegada de largura com menos de 4 nanômetros de espessura. Isso é quase um milionésimo da espessura do papel normal de escritório.
Para quantificar as propriedades mecânicas do material polimérico, os pesquisadores mediram a força necessária para fazer furos em uma folha suspensa de material com uma agulha fina. Essa poliamida é realmente mais rígida do que os polímeros tradicionais, como o nylon, o tecido usado para fazer pára-quedas. Notavelmente, é preciso o dobro da força para desaparafusar essa poliamida superforte do que o aço de mesma espessura. Segundo Strano, a substância pode ser usada como revestimento protetor de superfícies metálicas, como lâminas de automóveis, ou como filtro para purificar a água. Na última função, a membrana do filtro ideal precisa ser fina, mas forte o suficiente para suportar altas pressões sem vazar contaminantes pequenos e incômodos em nosso suprimento final – um ajuste perfeito para este material de poliamida.
No futuro, Strano espera estender o método de polimerização para diferentes polímeros além deste análogo de Kevlar. "Os polímeros estão ao nosso redor", disse ele. "Eles fazem tudo."Imagine transformar muitos tipos diferentes de polímeros, mesmo os exóticos que podem conduzir eletricidade ou luz, em filmes finos que podem cobrir uma variedade de superfícies, acrescenta ele. "Por causa desse novo mecanismo, talvez outros tipos de polímeros possam agora ser usados", Stano disse.
Em um mundo cercado por plásticos, a sociedade tem motivos para estar entusiasmada com outro novo polímero cujas propriedades mecânicas são tudo menos comuns, disse Strano. com menos materiais e mais fortes. Strano acrescentou que, do ponto de vista da sustentabilidade, este polímero 2D super forte é um passo na direção certa para livrar o mundo do plástico.
Shi En Kim (como ela geralmente é chamada de Kim) é uma escritora freelance de ciência nascida na Malásia e estagiária editorial da Primavera de 2022 da Popular Science. No espaço.
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Horário de postagem: 19 de maio de 2022