【《华人》传媒编辑王惠豫2022年2月6日】上周三，美国麻省理工学院（MIT）发布了新闻稿，该大学的研究人员发明一种“不可思议”（impossible）的新型材料，强度比钢还强，重量与塑料一样轻，而且容易大量生产。这个新材料的发明或许会像在一百多年前塑料的发明，将给今后的工业和生活带来重大变化。

这种新物质是一项被认为是不可能的壮举的结果：将一种材料聚合成二维。这种新材料是一种自组装成薄片的二维聚合物，与所有其他聚合物不同，它形成了一维的意大利面条状的链。

到目前为止，科学家们一直认为不可能诱导聚合物形成2D片层。

麻省理工学院Carbon P.Dubbs化学工程教授、这项新研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)表示，这种材料可以用作汽车零部件或手机的轻质耐用涂层，也可以用作桥梁或其他结构的建筑材料。

他说：“我们通常不认为塑料是可以用来支撑建筑物的东西，但有了这种材料，你就可以实现新的东西。”“它有非常不同寻常的特性，我们对此感到非常兴奋。”

研究人员已经为他们用来产生这种材料的过程申请了两项专利，他们在今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中描述了这一点。麻省理工学院博士后曾裕文是这项研究的主要作者。

两个维度 (Two dimensions)

聚合物包括所有塑料，由称为单体的构建块链组成。这些链条通过在末端添加新分子而生长。一旦成型，聚合物就可以用注塑成型成三维物体，如水瓶。

聚合物科学家长期以来一直假设，如果聚合物能够被诱导生长成二维薄片，它们应该会形成极其坚固、轻质的材料。

然而，几十年来在这一领域的工作得出的结论是，制作这样的床单是不可能的。其中一个原因是，如果只有一个单体向上或向下旋转，脱离正在生长的薄片的平面，材料将开始在三维方向膨胀，片状结构将丢失。然而，在这项新的研究中，斯特拉诺和他的同事们提出了一种新的聚合工艺，使他们能够产生一种名为聚芳酰胺的二维薄片。对于单体积木，他们使用了一种名为三聚氰胺的化合物，这种化合物含有一环碳和氮原子。在合适的条件下，这些单体可以在二维生长，形成圆盘。这些圆盘堆叠在一起，通过各层之间的氢键连接在一起，这使得结构非常稳定和坚固。

斯特拉诺说：“我们可以制作一个薄片状的分子平面，让分子在两个维度上连接在一起，而不是制作意大利面一样的分子。”“这种机制是在溶液中自发发生的，在我们合成材料之后，我们可以很容易地旋涂出非常坚固的薄膜。”

由于材料在溶液中自组装，只需增加原料的量就可以大量生产。

研究人员表明，他们可以在表面涂上这种材料的薄膜，他们称之为2DPA-1。斯特拉诺说：“有了这一进步，我们有了平面分子，它们将更容易被塑造成非常坚固但非常薄的材料。”

轻而结实

研究人员发现，这种新材料的弹性模量--衡量材料变形所需的力--是防弹玻璃的4到6倍。他们还发现，尽管这种材料的密度只有钢的六分之一左右，但它的屈服强度，即打破这种材料所需的力量，是钢的两倍。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院院长马修·蒂雷尔(Matthew Tirrell)说，这项新技术“体现了一些非常有创意的化学，可以制造这些键合的2D聚合物。”

没有参与这项研究的Tirrell说：“这些新聚合物的一个重要方面是，它们在溶液中很容易加工，这将促进许多高强度/重量比非常重要的新应用，例如新的复合材料或扩散阻挡材料。”

2DPA-1的另一个关键特点是它不透气。

虽然其他聚合物是由盘绕的链条制成的，这些链条上有缝隙，可以让气体渗入其中，但这种新材料是由像乐高(LEGO)一样锁定在一起的单体制成的，分子无法穿透它们之间。

斯特拉诺说：“这可以让我们创造出可以完全阻止水或气体通过的超薄涂层。”

这种屏障涂层可以用来保护汽车和其他车辆中的金属，或者钢结构。斯特拉诺和他的学生现在正在更详细地研究这种特殊的聚合物是如何形成2D薄片的，他们正在试验改变其分子组成，以创造其他类型的新型材料。

这项研究是由Strano 和他的学生现在正在更详细地研究这种特殊聚合物如何能够形成二维片材，并且他们正在尝试改变其分子构成以创造其他类型的新型材料。

 (编者：研究人员使用了“三聚氰胺” 创造出新材料。对很多读者来说，这个化学物名称并不陌生。三聚氰胺 用对了地方可以为人类造福，如果将它放到奶粉中就贻害无穷。）

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