麻省理工学院的化学工程师开发了一种新材料，这种材料比钢铁更坚固，比塑料更轻，而且可以使用一种独特的聚合技术大量生产。
与现有的形成一维链的聚合物不同，这种新物质是一种二维聚合物，可以自我组装成薄片。科学家们以前认为不可能说服聚合物制造2D薄片。
麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授、这项新研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)表示，这种材料可能被用作汽车零部件或手机的轻质、耐用覆盖物，或者用作桥梁或其他结构的建筑材料。
斯特拉诺说:“我们通常不认为塑料是可以用来支撑建筑的东西，但有了这种材料，你可以实现新事物。”“它具有非常不同寻常的特性，我们对此非常兴奋。”
研究人员已经为他们制造这种材料的方法申请了两项专利。麻省理工学院博士后研究员曾宇文(Yuwen Zeng)是这项研究的主要作者。
聚合物是由单体组成的链组成的。这些链通过在末端附加额外的分子来扩展。聚合物一旦成型，就可以用注射模塑成型成三维物体，如水瓶。
聚合物科学家一直认为，如果聚合物能被诱导生长成二维薄片，就会产生难以置信的强度和重量。然而，几十年的研究得出结论，这样的表是不可能构建的。对此的一种解释是，如果只有一个单体在成型板的平面上向上或向下旋转，材料就会开始在三维空间中膨胀，而片状结构就会消失。
在最新的研究中发表在杂志上自然在美国，斯特拉诺和他的同事开发了一种新的聚合程序，创造了一种名为聚酰胺的二维薄片。他们使用三聚氰胺(一种含有碳原子和氮原子环的化学物质)来制造单体。这些单体可以在二维空间中发展，在适当的条件下产生圆盘。这些圆盘相互叠在一起，由层间的氢键连接在一起，形成了稳定而有力的结构。
斯特拉诺说:“我们可以做一个薄片状的分子平面，而不是做一个意大利面状的分子，在那里我们让分子在二维空间中钩在一起。”
“这一机制在溶液中自发发生，在我们合成材料后，我们可以很容易地旋转镀上非常坚固的薄膜。”
由于这种材料在溶液中会自我组装，只要简单地添加起始成分，就可以大量生产。此外，研究人员还证明，他们可以在表面覆盖一层名为2DPA-1的物质薄膜。
斯特拉诺说:“有了这一进展，我们有了平面分子，将更容易形成一种非常坚固但极薄的材料。”
这种新材料的弹性是衡量使材料变形所需的力的指标，被发现比防弹玻璃的弹性强4 ~ 6倍。他们还发现，尽管这种材料的密度只有钢的六分之一，但其破碎所需的力是钢的两倍。
根据芝加哥大学普利兹克分子工程学院院长马修·蒂雷尔的说法，这种新工艺“体现了一些非常有创意的化学方法来制造这些键合的2D聚合物。”
该研究的合著者Tirrell说:“这些新聚合物的一个重要方面是它们很容易在溶液中加工，这将促进大量高强度重量比很重要的新应用，如新的复合材料或扩散屏障材料。”
2DPA-1的另一个特点是它的气体不透气性。与传统聚合物不同，这种新物质是像乐高积木一样锁在一起的单体，不能穿透分子。
斯特拉诺说:“这可以让我们创造出可以完全阻止水或气体通过的超薄涂层。”“这种屏障涂层可以用来保护汽车和其他车辆中的金属，或钢结构。”
斯特拉诺和他的学生们目前正在研究这种特殊的聚合物如何更详细地构建2D薄片，并试验修改其分子组成，以生成其他种类的创新材料。
增强型纳米流体传输中心(CENT)是由美国能源部科学办公室和陆军研究实验室赞助的能源前沿研究中心，资助了这项研究。
