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El polímero bidimensional es más resistente que el acero.

14.02.2022

Los científicos de materiales estadounidenses han aprendido a sintetizar polímeros bidimensionales que, a diferencia de otros, pueden ensamblarse en capas en lugar de formar cadenas unidimensionales. Hecha de melamina, la poliaramida bidimensional es seis veces menos densa que el acero, pero casi el doble de fuerte. El método de fabricación se escala: el material se autoensambla en solución.

Los químicos se esfuerzan por obtener una estructura molecular altamente periódica unida covalentemente de un monómero de espesor. "Alfombra molecular" es un buen término para un polímero bidimensional. Los polímeros bidimensionales reales tendrán un monómero de espesor y una estructura regular.

El gran problema en la creación de polímeros XNUMXD es que, aunque existen estrategias para sintetizar tales estructuras, la contraparte esférica XNUMXD crece mucho más rápido. Es decir, solo se polimeriza la estructura molecular deseada, será superada rápidamente por la estructura tridimensional ya familiar, para cuya creación es suficiente una rotación del enlace del monómero adjunto. En su trabajo, los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts intentaron sortear esta limitación y comenzaron a experimentar con amidas.

La hipótesis de los autores del trabajo es que los enlaces amida-aromáticos fuertes inhiben la rotación intraestructural de las cadenas, es decir, no les permitirán regresar y salir del plano. Los científicos mezclaron melanina y cloruro de trimesoilo en presencia de piridina, y el gel resultante se purificó y secó al vacío, lo que dio como resultado su polímero bidimensional, donde las moléculas se ensamblaron en nanocapas debido a los fuertes enlaces de hidrógeno entre capas.

Debido a que el material se autoensambla en solución, se puede producir en grandes cantidades simplemente aumentando la cantidad de materiales de partida. Los científicos llamaron al material creado poliaramida. Estimaron el espesor molecular promedio en 3,69 angstroms y el diámetro en 10,3 nanómetros, que es una característica definitoria de la polimerización bidimensional.

La microscopía electrónica de barrido de las películas obtenidas no reveló defectos en la estructura del polímero, y una prueba de permeabilidad a los gases mostró que las películas de polímero pasan el gas unas 22 veces peor que los materiales de barrera más herméticos a los gases. Los científicos también encontraron que el módulo de elasticidad del nuevo material, la fuerza requerida para deformar el material, alcanzó un valor de 12,7 gigapascales, que es significativamente más alto que el de los termoplásticos, el epoxi reforzado o el nailon. Y la resistencia a la tracción del nuevo material fue de aproximadamente 488 megapascales, casi el doble que el acero estructural ASTM A36. Dado que la densidad del polímero es aproximadamente una sexta parte de la del acero.

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