Muistatko melamiinin? Se on pahamaineinen "maitojauheen lisäaine", mutta yllättäen sitä voidaan "muuttaa".

Helmikuun 2. päivänä Nature-nimisessä johtavassa kansainvälisessä tiedelehdessä julkaistiin tutkimusartikkeli, jossa väitettiin ihmisten suureksi yllätykseksi, että melamiinista voidaan tehdä materiaalia, joka on kovempaa kuin teräs ja kevyempää kuin muovi. Artikkelin julkaisi tunnettu materiaalitieteilijä Michael Strano, joka on professori Massachusetts Institute of Technologyn kemiantekniikan laitoksella, ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja oli postdoc-tutkija Yuwei Zeng.

Heidän kerrotaan nimettymateriaaliatuuletettu melamiinista 2DPA-1, kaksiulotteisesta polymeeristä, joka kokoontuu itsestään levyiksi muodostaen vähemmän tiheän mutta erittäin vahvan ja korkealaatuisen materiaalin, jolle on jätetty kaksi patenttia.

Melamiini, joka tunnetaan yleisesti nimellä dimetyyliamiini, on valkoinen monokliininen kide, joka näyttää maitojauheelta.

Melamiini on mautonta ja liukenee niukkasti veteen, mutta myös metanoliin, formaldehydiin, etikkahappoon, glyseriiniin, pyridiiniin jne. Se ei liukene asetoniin eikä eetteriin. Se on haitallista ihmiskeholle, ja sekä Kiina että WHO ovat määrittäneet, että melamiinia ei tule käyttää elintarvikkeiden jalostuksessa tai elintarvikelisäaineissa. Itse asiassa melamiini on silti erittäin tärkeä kemiallinen raaka-aine ja rakennusmateriaalien raaka-aine, erityisesti maaleissa, lakoissa, levyissä, liimoissa ja muissa tuotteissa, ja sillä on paljon käyttötarkoituksia.

Melamiinin molekyylikaava on C3H6N6 ja molekyylipaino on 126,12. Kemiallisen kaavansa perusteella voimme tietää, että melamiini sisältää kolme alkuainetta, hiiltä, ​​vetyä ja typpeä, ja sillä on hiili- ja typpirenkaiden rakenne. MIT:n tutkijat havaitsivat kokeissaan, että nämä melamiinimolekyylimonomeerit voivat kasvaa kahdessa ulottuvuudessa oikeissa olosuhteissa ja molekyylien vetysidokset kiinnittyvät toisiinsa, jolloin ne muodostavat vakiomuotoisen kiekon, aivan kuten kaksiulotteisen grafeenin muodostama kuusikulmainen rakenne, ja tämä rakenne on erittäin vakaa ja vahva, joten melamiini muuttuu tutkijoiden käsissä korkealaatuiseksi kaksiulotteiseksi levyksi, jota kutsutaan polyamidiksi.

Materiaalin valmistaminen on myös yksinkertaista, Strano sanoi, ja sitä voidaan tuottaa spontaanisti liuoksessa, josta 2DPA-1-kalvo voidaan myöhemmin poistaa, mikä tarjoaa helpon tavan valmistaa erittäin kovaa mutta ohutta materiaalia suurina määrinä.

Tutkijat havaitsivat, että uuden materiaalin kimmokerroin, joka mittaa muodonmuutokseen tarvittavaa voimaa, on neljästä kuuteen kertaa suurempi kuin luodinkestävän lasin. He havaitsivat myös, että vaikka polymeeri on kuudesosan teräksen tiheydestä, sillä on kaksinkertainen myötölujuus eli materiaalin rikkomiseen tarvittava voima.

Materiaalin toinen keskeinen ominaisuus on sen ilmatiiviys. Kun muut polymeerit koostuvat kierretyistä ketjuista, joissa on aukkoja, joista kaasu voi poistua, uusi materiaali koostuu monomeereistä, jotka tarttuvat toisiinsa kuin Lego-palikat, eivätkä molekyylit pääse niiden väliin.

Näin voimme luoda erittäin ohuita pinnoitteita, jotka ovat täysin veden tai kaasun tunkeutumisen kestäviä”, tutkijat sanoivat. Tämän tyyppistä suojapinnoitetta voitaisiin käyttää metallien suojaamiseen autoissa ja muissa ajoneuvoissa tai teräsrakenteissa.

Nyt tutkijat selvittävät tarkemmin, miten tästä polymeeristä voidaan muodostaa kaksiulotteisia levyjä, ja yrittävät muuttaa sen molekyylikoostumusta luodakseen muunlaisia ​​uusia materiaaleja.

On selvää, että tämä materiaali on erittäin haluttu, ja jos sitä voidaan tuottaa massatuotantoon, se voi tuoda merkittäviä muutoksia autoteollisuuteen, ilmailu- ja ballistiseen suojaukseen sekä teollisuuskäyttöön. Erityisesti uusien energialähteiden alalla, vaikka monet maat suunnittelevatkin polttoaineajoneuvojen poistamista käytöstä vuoden 2035 jälkeen, nykyinen uusien energialähteiden ajoneuvomallisto on edelleen ongelma. Jos tätä uutta materiaalia voidaan käyttää autoteollisuudessa, se tarkoittaa, että uusien energialähteiden paino vähenee huomattavasti, mutta myös tehohäviö pienenee, mikä epäsuorasti parantaa uusien energialähteiden toimintasädettä.