กลไกการสังเคราะห์พอลิเมอร์แบบใหม่เปิดประตูสู่ เว็บสล็อตแท้ การเปลี่ยนพลาสติกทั่วไปให้อยู่ในรูปเมมเบรน โดย SHI EN KIM | เผยแพร่เมื่อ 17 กุมภาพันธ์ 2022 15:00 น
เทคโนโลยี
ศาสตร์
แผ่นโพลีเมอร์ถูกแขวนไว้บนตะแกรงที่มีรูพรุน วัสดุที่แข็งแรงมากนี้สามารถใช้ได้ในอาคาร รถยนต์ และอุปกรณ์โทรศัพท์มือถือ
ฟิล์มโพลีเมอร์ (ซ้าย) ได้รับความอนุเคราะห์จากนักวิจัย คริสติน ดานิลอฟฟ์, MIT
นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างพลาสติกที่เทียบเท่าเหล็ก—ด้วยความแข็งแกร่งทั้งหมดแต่ไม่มีส่วนยกของ พลาสติก ซึ่งบางครั้งนักเคมีเรียกว่าพอลิเมอร์ คือกลุ่มของโมเลกุลที่มีสายโซ่ยาวซึ่งประกอบด้วยหน่วยการทำซ้ำสั้น ๆ ที่เรียกว่าโมโนเมอร์
วัสดุใหม่นี้แตกต่างจากโพลีเมอร์รุ่นก่อนที่มีความแข็งแรงเท่ากัน
แต่มาในรูปแบบเมมเบรนเท่านั้น นอกจากนี้ยังกันอากาศเข้าได้ดีกว่าพลาสติกที่ซึมผ่านไม่ได้ 50 เท่าในตลาด ลักษณะเด่นอีกประการหนึ่งของพอลิเมอร์นี้คือการสังเคราะห์อย่างง่าย ต้องใช้วัสดุราคาไม่แพงเท่านั้นสำหรับกระบวนการที่สามารถทำได้ภายใต้สภาวะห้อง โพลีเมอร์สามารถผลิตเป็นแผ่นขนาดใหญ่ที่มีความหนาเพียงนาโนเมตรเท่านั้น นักวิจัยรายงานผลของพวกเขาในวารสารNatureเมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์
วัสดุที่เป็นปัญหาเรียกว่าโพลีเอไมด์ ซึ่งเป็นเครือข่ายแบบเกลียวของหน่วยโมเลกุลของเอไมด์ (เอไมด์คือกลุ่มเคมีของไนโตรเจนที่ติดอยู่กับอะตอมของคาร์บอนที่จับกับออกซิเจน) โพลีเมอร์ประเภทนี้รวมถึงเส้นใยเคฟลาร์ซึ่งใช้ทำเสื้อกันกระสุนและผ้า ทน ไฟNomex เช่นเดียวกับเคฟลาร์ โมเลกุลโพลีอะไมด์ในวัสดุใหม่นี้ผูกติดกันผ่านการยึดเหนี่ยวของไฮโดรเจนตลอดความยาวของโซ่ ซึ่งจะช่วยเสริมความแข็งแรงโดยรวมของวัสดุ
Michael Strano หัวหน้าทีมวิจัย วิศวกรเคมีแห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ กล่าวว่า “พวกมันเกาะติดกันเหมือนเวลโคร การริปวัสดุไม่เพียงแต่ต้องการการหักเส้นโมเลกุลแต่ละเส้นเท่านั้น แต่ยังต้องเอาชนะพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลขนาดมหึมาที่แผ่ซ่านไปทั่วมัดโพลีเมอร์ทั้งหมดด้วย
นอกจากนี้ โพลีเมอร์ชนิดใหม่ยังสามารถก่อตัวเป็นแผ่นได้โดยอัตโนมัติ ทำให้วัสดุง่ายต่อการประมวลผล เนื่องจากสามารถขึ้นรูปเป็นเมมเบรนหรือทาเป็นการเคลือบพื้นผิวแบบฟิล์มบางได้ โพลีเมอร์แบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะเติบโตในสายโซ่เชิงเส้นหรือแยกออกและเชื่อมโยงซ้ำ ๆ ในสามมิติโดยไม่เลือกปฏิบัติในทุกทิศทาง แต่พอลิเมอร์ของ Strano เติบโตอย่างมีเอกลักษณ์ในแบบ 2 มิติเพื่อสร้างแผ่นนาโน
“คุณสามารถรวมเป็นแผ่นได้หรือไม่? ปรากฎว่าภายใต้สถานการณ์ส่วนใหญ่ คุณไม่สามารถทำได้จนกว่าคุณจะทำงาน” สตราโนกล่าว “ดังนั้นเราจึงพบกลไกใหม่” ในงานล่าสุดนี้ ทีมงานของเขาเอาชนะอุปสรรคเพื่อทำให้กระบวนการโพลิเมอไรเซชันแบบสองมิติเป็นไปได้
เหตุผลสำหรับโครงสร้างระนาบของโพลีอะรามิดก็คือการสังเคราะห์พอลิเมอร์เกี่ยวข้องกับกลไกที่เรียกว่า autocatalytic templating: เมื่อโพลีเมอร์ยืดตัวและเกาะติดบนโครงสร้างโมโนเมอร์ โครงข่ายโพลีเมอร์ที่กำลังเติบโตจะเกลี้ยกล่อมโมโนเมอร์ที่ตามมาเพื่อผูกมัดในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้นเพื่อบังคับใช้ทั้งสองโดยรวม – โครงสร้างมิติ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเคลือบพอลิเมอร์นี้ในสารละลายบนเวเฟอร์เพื่อสร้างแผ่นลามิเนตขนาดกว้างนิ้วที่มีความหนาน้อยกว่าสี่นาโนเมตร นั่นเป็นความหนาเกือบหนึ่งในล้านของกระดาษสำนักงานทั่วไป
ในการหาค่าสมบัติเชิงกลของวัสดุพอลิเมอร์ นักวิจัยได้วัดแรง
ที่จำเป็นในการเจาะรูในแผ่นวัสดุที่ถูกระงับด้วยเข็มขนาดเล็ก โพลีเอไมด์มีความแข็งกว่าโพลีเมอร์ทั่วไป เช่น ไนลอน ซึ่งเป็นผ้าที่ใช้ทำร่มชูชีพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การดึงโพลีอะมายด์ที่แข็งแรงเป็นพิเศษออกจากกันต้องใช้แรงมากกว่าการหักเหล็กที่มีความหนาเท่ากันถึงสองเท่า จากข้อมูลของ Strano สารนี้สามารถใช้เป็นสารเคลือบป้องกันสำหรับพื้นผิวโลหะเช่น ผิวเคลือบรถยนต์ หรือใช้เป็นตัวกรองสำหรับทำน้ำให้บริสุทธิ์ ในฟังก์ชันหลัง เมมเบรนกรองในอุดมคติจะต้องบางแต่แข็งแกร่งพอที่จะทนต่อแรงกดดันสูงโดยไม่ทำให้สิ่งปนเปื้อนเล็กๆ น้อยๆ ที่น่ารำคาญรั่วไหลออกมาในวัสดุสิ้นเปลืองของเราในที่สุด ซึ่งพอดีสำหรับวัสดุโพลีเอไมด์นี้
ในอนาคต Strano ต้องการขยายวิธีการทำโพลิเมอไรเซชันไปยังพอลิเมอร์อื่นนอกเหนือจากเคฟลาร์แอนะล็อกนี้ “พอลิเมอร์อยู่รอบตัวเรา” เขากล่าว “พวกเขาทำทุกอย่าง” ลองนึกภาพการเปลี่ยนโพลีเมอร์ชนิดต่างๆ มากมาย แม้กระทั่งพอลิเมอร์ที่แปลกใหม่ที่สามารถนำไฟฟ้าหรือเปล่งแสง ให้เป็นเยื่อบางๆ ที่สามารถเคลือบพื้นผิวที่หลากหลายได้ เขากล่าวเสริม “บางทีพอลิเมอร์ชนิดอื่นๆ สามารถเข้าถึงได้ในขณะนี้ เนื่องจากกลไกใหม่นี้” Stano กล่าว
ในโลกที่พลาสติกปิดล้อม สังคมมีเหตุผลที่จะตื่นเต้นกับพอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติทางกลที่ไม่ธรรมดา Strano กล่าว ความจริงที่ว่าโพลีอะรามิดนี้มีความทนทานมาก หมายความว่าเราสามารถเปลี่ยนพลาสติกในชีวิตประจำวันได้ ตั้งแต่การเคลือบไปจนถึงถุง ไปจนถึงบรรจุภัณฑ์อาหาร ด้วยวัสดุจำนวนน้อยที่ทนทานกว่าเช่นกัน จากมุมมองด้านความยั่งยืน Strano เสริมว่าพอลิเมอร์สองมิติที่แข็งแรงเป็นพิเศษนี้เป็นขั้นตอนในทิศทางที่ถูกต้องในการทำให้โลกเลิกใช้พลาสติก เว็บสล็อตแท้ และ สล็อตแตกง่าย
