(English Translation Below)
MIT University - New material stronger than steel and light as plastic
MIT-Ingenieure haben das "Unmögliche" geschaffen.
Neues Material stärker als Stahl und leicht wie Kunststoff
Neues Material ist das Ergebnis einer als unmöglich geltenden Leistung. Mit anderen Worten, es polymerisiert Materialien in zwei Dimensionen.
MIT steht für Massachusetts Institute of Technology. Sie wurde 1861 gegründet und ist eine angesehene private Forschungsuniversität in Cambridge, Massachusetts. Es besteht aus fünf Schulen für Architektur und Planung.
Ingenieurwissenschaften: Geistes-, Kunst- und Sozialwissenschaften und Naturwissenschaften.
Viele wissenschaftliche Innovationen und technologische Fortschritte machen unter dem Einfluss des MIT rasch Fortschritte. Chemieingenieure am MIT haben ein neues Material geschaffen, das stärker als Stahl, so leicht wie Kunststoff und einfach in großen Mengen herzustellen ist.
Das neue Material ist ein zweidimensionales Polymer, das sich im Gegensatz zu allen anderen Polymeren, die eindimensionale Spaghetti-ähnliche Ketten bilden, selbst zu Schichten zusammensetzt.
Bislang hielten es die Wissenschaftler für unmöglich, Polymere zur Bildung von 2D-Schichten zu veranlassen. Diese Materialien könnten als leichte, haltbare Beschichtungen für Autoteile oder Mobiltelefone oder als Baumaterialien für Brücken oder andere Strukturen verwendet werden, sagte Michael Strano, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und MIT-Professor für Chemieingenieurwesen.
Neue Forschung
"Normalerweise denken wir nicht an Kunststoffe als etwas, das zum Tragen von Gebäuden verwendet werden kann, aber mit diesem Material können neue Dinge möglich gemacht werden." Es läutet
„Es hat ein sehr ungewöhnliches Anwesen und wir freuen uns sehr darüber.“
Forscher haben zwei Patente für den Materialerzeugungsprozess beantragt, der in einem am 2. Februar 2022 in Nature veröffentlichten Artikel beschrieben wird.
Grundlegende Materialbeschreibung
MIT Post-Doc-Programm, Forscher Yuwen Zeng ist der Hauptautor der Studie. Zweidimensionale Polymere, einschließlich aller Kunststoffe, bestehen aus Ketten von Bausteinen, die als Monomere bezeichnet werden. Diese Ketten wachsen, indem an den Enden neue Moleküle hinzugefügt werden. Einmal geformt, kann das Polymer durch Spritzgießen zu dreidimensionalen Objekten wie Wasserflaschen geformt werden. Polymerwissenschaftler haben lange die Hypothese aufgestellt, dass, wenn Polymere dazu gebracht werden können, zu zweidimensionalen Schichten zu wachsen, sie sehr starke und leichte Materialien bilden sollten.
Jahrzehntelange Arbeit auf diesem Gebiet hat jedoch zu dem Schluss geführt, dass es unmöglich ist, ein solches Blatt herzustellen.
Ein Grund dafür ist, dass, wenn ein Monomer aus der Ebene der wachsenden Folie nach oben oder unten rotiert, das Material beginnt, sich in drei Dimensionen auszudehnen und die folienartige Struktur verloren geht.
Aber in einer neuen Studie entwickelten Strano und seine Kollegen einen neuartigen Polymerisationsprozess, der zweidimensionale Folien namens Polyaramide herstellen könnte.
Für die Monomerbausteine wird eine Verbindung namens Melamin verwendet, die einen Ring aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen enthält. Unter den richtigen Bedingungen konnten diese Monomere in zwei Dimensionen wachsen und Scheiben bilden, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den übereinander gestapelten Schichten zusammengehalten werden, was die Struktur sehr stabil und stark macht.
„Anstatt Spaghetti-ähnliche Moleküle herzustellen, können wir blattähnliche molekulare Ebenen erzeugen, die es Molekülen ermöglichen, sich in zwei Dimensionen miteinander zu verbinden“, sagt Strano.
"Dieser Mechanismus tritt spontan in Lösung auf, und nach der Synthese des Materials können sehr starke dünne Filme leicht schleuderbeschichtet werden."
Da sich das Material in Lösung selbst zusammensetzt, kann es in großen Mengen hergestellt werden, indem einfach die Menge an Ausgangsmaterial erhöht wird.
Forscher haben gezeigt, dass Oberflächen mit einem Film aus einem Material beschichtet werden können, das sie 2DPA-1 nennen.
„Mit diesen Fortschritten haben wir planare Moleküle, die sehr leistungsfähig sind, aber viel einfacher zu sehr dünnen Materialien verarbeitet werden können“, sagt Strano. Leicht, aber stark, fanden die Forscher heraus, dass der Elastizitätsmodul des neuen Materials – ein Maß für die Kraft, die erforderlich ist, um das Material zu verformen – vier- bis sechsmal größer ist als der von kugelsicherem Glas. Sie fanden auch heraus, dass die Dichte des Materials nur etwa ein Sechstel der von Stahl beträgt, aber die Streckgrenze oder die zum Brechen des Materials erforderliche Kraft doppelt so hoch ist wie die von Stahl.
Matthew Tirrell, Dekan, Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago Die University of Chicago (UChicago, U of C oder Chicago) wurde 1890 gegründet und ist eine private Forschungsuniversität in Chicago, Illinois. Hat es unter die Top 10 geschafft.
MIT engineers created the "impossible".
New material stronger than steel and light as plastic
New material is the result of a feat considered impossible. In other words, it polymerizes materials in two dimensions.
MIT stands for Massachusetts Institute of Technology. Founded in 1861, it is a prestigious private research university located in Cambridge, Massachusetts. It consists of five schools of architecture and planning.
Engineering: Humanities, Arts and Social Sciences and Sciences.
Many scientific innovations and technological advances are rapidly progressing in MIT's influence. Chemical engineers at MIT have created a new material that is stronger than steel, as light as plastic, and easily manufactured in large quantities.
The new material is a two-dimensional polymer that self-assembles into sheets, unlike all other polymers that form one-dimensional spaghetti-like chains.
Until now, scientists believed it was impossible to induce polymers to form 2D sheets. These materials could be used as lightweight, durable coatings for automotive parts or cell phones, or as building materials for bridges or other structures, said Michael Strano, a professor of chemical engineering at MIT and MIT's professor of chemical engineering.
new research
"We don't usually think of plastics as something that can be used to support buildings, but new things can be made possible with this material." It is said
“It has a very unusual property and we are very happy about it.”
Researchers have applied for two patents for the material creation process described in a paper published in Nature on February 2, 2022.
Material Basic Description
MIT Post-Doctor Program, researcher Yuwen Zeng is the lead author of the study. Two-dimensional polymers, including all plastics, are made up of chains of building blocks called monomers. These chains grow by adding new molecules at the ends. Once formed, the polymer can be molded into three-dimensional objects, such as water bottles, using injection molding. Polymer scientists have long hypothesized that if polymers can be induced to grow into two-dimensional sheets, they should form very strong and lightweight materials.
However, decades of work in this field have led to the conclusion that it is impossible to create such a sheet.
One reason is that when one monomer rotates up or down out of the plane of the growing sheet, the material begins to expand in three dimensions and the sheet-like structure is lost.
But in a new study, Strano and his colleagues devised a novel polymerization process that could produce two-dimensional sheets called polyaramids.
For the monomer building blocks, a compound called melamine is used which contains a ring of carbon and nitrogen atoms. Under the right conditions, these monomers were able to grow in two dimensions to form disks, which are held together by hydrogen bonds between the layers, stacked on top of each other, making the structure very stable and strong.
"Instead of making spaghetti-like molecules, we can create sheet-like molecular planes that allow molecules to connect to each other in two dimensions," Strano says.
"This mechanism occurs spontaneously in solution, and after synthesizing the material, very strong thin films can be easily spin coated."
Because the material self-assembles in solution, it can be made in bulk by simply increasing the amount of starting material.
Researchers have shown that surfaces can be coated with a film of a material they call 2DPA-1.
"With these advances, we have planar molecules that are very strong but much easier to make into very thin materials," Strano says. Light but strong, researchers found that the new material's modulus of elasticity—a measure of the force required to deform the material—is four to six times greater than that of bulletproof glass. They also found that the material's density is only about one-sixth that of steel, but the yield strength, or the force required to break the material, is twice that of steel.
Matthew Tirrell, Dean, Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago Founded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C or Chicago) is a private research university located in Chicago, Illinois. Made it to the top 10.
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