Пам'ятаєте меламін? Це сумнозвісна «добавка до сухого молока», але, як не дивно, її можна «трансформувати».

2 лютого в Nature, провідному міжнародному науковому журналі, було опубліковано дослідницьку статтю, в якій стверджувалося, що меламін можна перетворити на матеріал, твердіший за сталь і легший за пластик, що стало великим подивом для людей. Статтю опублікувала команда під керівництвом відомого вченого-матеріалознавця Майкла Страно, професора кафедри хімічної інженерії Массачусетського технологічного інституту, а першим автором був постдокторант Ювей Цзен.

Повідомляється, що вони назвалиматеріал увиготовлено з меламіну 2DPA-1, двовимірного полімеру, який самозбирається в листи, утворюючи менш щільний, але надзвичайно міцний, високоякісний матеріал, на який було подано два патенти.

Меламін, широко відомий як диметиламін, являє собою білий моноклінний кристал, схожий на молочний фосфат.

Меламін несмачний і мало розчинний у воді, а також у метанолі, формальдегіді, оцтовій кислоті, гліцерині, піридині тощо. Він нерозчинний в ацетоні та ефірі. Він шкідливий для організму людини, і як Китай, так і ВООЗ зазначили, що меламін не слід використовувати в харчовій промисловості або як харчові добавки, але насправді меламін все ще дуже важливий як хімічна та будівельна сировина, особливо у фарбах, лаках, плитах, клеях та інших продуктах, що мають широке застосування.

Молекулярна формула меламіну — C3H6N6, а молекулярна маса — 126,12. Завдяки його хімічній формулі ми можемо знати, що меламін містить три елементи: вуглець, водень та азот, і має структуру вуглецевих та азотних кілець. Вчені з Массачусетського технологічного інституту у своїх експериментах виявили, що ці мономери молекул меламіну можуть рости у двох вимірах за належних умов, а водневі зв'язки в молекулах будуть фіксовані разом, утворюючи дископодібну форму в постійному укладанні, подібно до гексагональної структури, утвореної двовимірним графеном, і ця структура дуже стабільна та міцна, тому в руках вчених меламін перетворюється на високоякісний двовимірний лист, який називається поліамідом.

За словами Страно, матеріал також нескладний у виробництві, і його можна спонтанно виготовляти в розчині, з якого пізніше можна видалити плівку 2DPA-1, що забезпечує простий спосіб виготовлення надзвичайно міцного, але тонкого матеріалу у великих кількостях.

Дослідники виявили, що новий матеріал має модуль пружності, міру сили, необхідної для деформації, який у чотири-шість разів більший, ніж у куленепробивного скла. Вони також виявили, що, незважаючи на те, що його щільність в шосту частину щільності сталі, полімер має вдвічі більшу межу текучості, або силу, необхідну для руйнування матеріалу.

Ще однією ключовою властивістю матеріалу є його герметичність. У той час як інші полімери складаються з скручених ланцюгів з проміжками, через які може виходити газ, новий матеріал складається з мономерів, які злипаються, як кубики Lego, і молекули не можуть потрапити між ними.

«Це дозволяє нам створювати надтонкі покриття, повністю стійкі до проникнення води чи газу», – сказали вчені. Цей тип бар’єрного покриття можна використовувати для захисту металів в автомобілях та інших транспортних засобах або сталевих конструкціях».

Зараз дослідники детальніше вивчають, як цей конкретний полімер можна сформувати у двовимірні листи, і намагаються змінити його молекулярний склад для створення інших типів нових матеріалів.

Зрозуміло, що цей матеріал є дуже бажаним, і якщо його можна буде масово виробляти, це може призвести до значних змін в автомобільній, аерокосмічній та балістичній галузях захисту. Особливо в галузі транспортних засобів на нових джерелах енергії, хоча багато країн планують поступово відмовитися від транспортних засобів на нових джерелах енергії після 2035 року, поточний асортимент транспортних засобів на нових джерелах енергії все ще залишається проблемою. Якщо цей новий матеріал можна буде використовувати в автомобільній галузі, це означатиме, що вага транспортних засобів на нових джерелах енергії значно зменшиться, а також зменшать втрати потужності, що опосередковано покращить запас ходу транспортних засобів на нових джерелах енергії.