ساخت پلیمری به سبُکی پلاستیک و قوی‌تر از فولاد

به گزارش ایمنا، به‌زودی می‌توان از ماده‌ای که به سبکی پلاستیک است و درعین‌حال از فولاد قوی‌تر است و چهار تا شش برابر مستحکم‌تر از شیشه‌های ضدگلوله است، برای محافظت از صفحه‌نمایش گوشی‌های هوشمند استفاده کرد. این مواد توسط محققان ام آی تی ساخته شده است. مواد مذکور از لایه‌هایی از دیسک‌های مولکولی کوچک تشکیل شده‌اند که به‌منظور تشکیل صفحات روی هم قرار می‌گیرند.

هر لایه توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می‌شود و این موضوع آن را قوی و سبک می‌کند. مدت‌ها تصور می‌شد که تولید پلیمرهای دوبعدی مانند این غیرممکن است، اما اتصالات ویژه بین هر دیسک مانع از چرخش آن‌ها به خارج از صفحه می‌شود. این ماده علاوه بر کاربردش در پوشش‌های محافظ، می‌تواند در ساخت‌وساز (دکوراسیون، دروپنجره و...) استفاده شود.

بَسپارش یا پُلیمِریزاسیون فرآیندی است که در آن اتم‌های کوچکی به نام مونومر به یکدیگر متصل می‌شوند و معمولاً زنجیره‌های بلند و اسپاگتی مانندی به نام پلیمر را تشکیل می‌دهند.

سپس می‌توان آن‌ها را با استفاده از قالب‌گیری تزریقی به اشیا سه‌بعدی مانند بطری‌های آب تبدیل کرد. بااین‌حال، محققان موفق شده‌اند ماده‌ای بسازند که به‌جای آن خودبه‌خود به صفحات دوبعدی تبدیل می‌شود که بیشتر شبیه لازانیا هستند تا اسپاگتی. قالب‌گیری تزریقی (Injection moulding) گونه‌ای فرایند تولید قطعه است که در آن مواد مذاب تحت‌فشار به داخل قالب، تزریق می‌شوند. این سامانه برخلاف سامانه ریژه که مذاب تحت نیروی وزن خود به داخل قالب می‌رود، امکانات تولید قطعات محکم و بدون مک (Pinhole) است. قالب‌گیری تزریقی بهترین راه تولید یک محصول پلاستیکی است.

این ورق‌ها که پلی‌آرامید (polyaramides) نامیده می‌شوند، روی هم قرار گرفته و توسط پیوندهای هیدروژنی قوی در کنار هم می‌مانند و این موضوع باعث می‌شود که مواد کلی بسیار محکم باشد. در کنار تقویت قاب گوشی، این پلیمر همچنین می‌تواند به‌عنوان یک پوشش محافظ روی قطعات خودرو یا به‌عنوان یک مصالح ساختمانی در مقیاس بزرگ استفاده شود.

مدت‌ها تصور می‌شد که پلیمرهای تشکیل‌شده از ورقه‌های دوبعدی را می‌توان برای ساخت مواد بسیار سبک‌وزن استفاده کرد؛ اما محققان بر این باور بودند که این غیرممکن است و علت آن نیز این است که فقط یک مونومر از صفحه در حال رشد ورق پیچانده می‌شود تا کل مواد شکل دلخواه خود را از دست بدهد. برای غلبه بر این مشکل، محققان ام آی تی از ترکیبی به نام ملامین استفاده کردند که از حلقه‌هایی از کربن و نیتروژن تشکیل شده است و معمولاً برای ساخت ظروف پلاستیکی استفاده می‌شود.

این تیم دریافت که تحت شرایط مناسب، مونومرهای موجود در ملامین را می‌توان برای رشد دیسک‌های دوبعدی کوچکی که روی هم قرار می‌گیرند، استفاده کرد و هر لایه توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می‌شود و آن را بسیار قوی و پایدار می‌کند. این ماده دارای یک مدول کشسان است که این موضوع آن را ۴ تا ۶ برابر محکم‌تر از شیشه ضدگلوله می‌کند. مدول کشسان کمیتی است که میزان مقاومت ماده نسبت به تغییر شکل کشسان (برگشت‌پذیر) تحت تنش اعمالی را اندازه‌گیری می‌کند. در همین حال، نیروی موردنیاز برای شکستن پلیمر، دو برابر فولاد است.