Химия

Ученые Северо-Западного университета (США) синтезировали новый материал с исключительными свойствами. Очень прочный, но в то же время гибкий и легкий, полученный ими полимер может изготавливаться в больших объемах, а применяться при создании бронежилетов и баллистических тканей.

Исследователи открыли инновационный материал, используя новый процесс полимеризации. Долгое время считалось, что получить механически взаимосвязанные молекулы в полимерах невозможно, и группа ученых применила совершенно иной, нестандартный способ. Химики организовали в высокоупорядоченную кристаллическую структуру и химически связали между собой X-образные мономеры — соединения, которые служат строительными блоками для полимеров. Они обладают простой структурой и обычно имеют малую молекулярную массу, но обладают способностью соединяться между собой, образуя полимерные цепи.

Полученные учеными кристаллы состоят из слоев механически сцепленных двумерных листов, внутри которых связаны X-образные мономеры. Один мономер проникает в кристаллы другого, образуя макроцикл и механическую связь в каждой повторяющейся единице двумерного полимера. Он, в свою очередь, формируется как слоистое твердое вещество, которое легко расслаивается в обычных органических растворителях. Это позволяет проводить спектроскопический анализ и получать изображения с использованием передовых методов электронной микроскопии.

Новый материал — первый в своем роде, имеющий подобную структуру. Также он отличается беспрецедентной плотностью — 100 триллионов на квадратный сантиметр. При этом материаловеды отмечают, что полимер можно производить в большом объеме, в отличие от существующих. Обычно их синтезируют в очень малых количествах методами, которые не позволяют масштабировать процесс и найти материалу практическое применение. Химики проверили и сочетаемость полученного материала, добавив его в пропорции 2,5% к полиэфиримидным волокнам, что увеличило их модуль упругости на 45% и предельное напряжение на 22%.

Научная работа опубликована в журнале Science. Исследователи посвятили ее памяти Джеймса Фрейзера Стоддарта (24.05.1942 —30.12.2024), специалиста в области супрамолекулярной химии и нанотехнологии, Нобелевскому лауреату по химии, профессору Северо-Западного университета.