Πρώτο δισδιάστατο πολυμερές για την πρόληψη της οξείδωσης και της διάβρωσης
Создан первый двумерный полимер, предотвращающий окисление и коррозию
Ερευνητές από τις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν ένα ελαφρύ πολυμερές φιλμ που είναι σχεδόν αδιαπέραστο από το αέριο. Οι δοκιμές έδειξαν ότι ακόμα κι αν το πάχος του μειωθεί σε μερικά νανόμετρα, θα απωθήσει πλήρως μόρια αζώτου και άλλων αερίων. Αυτός ο βαθμός στεγανότητας δεν έχει παρατηρηθεί στο παρελθόν σε κανένα πολυμερές και είναι συγκρίσιμος με τη στεγανότητα του γραφενίου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προστασία των φωτοβολταϊκών στοιχείων από τη διάβρωση, καθώς και για τη διατήρηση της φρεσκάδας των προϊόντων διατροφής.
Τα παραδοσιακά πολυμερή επιτρέπουν στα αέρια να περάσουν επειδή αποτελούνται από μόρια που δεν είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Τα μόρια αερίου διαρρέουν μέσα από τα υπόλοιπα κενά. Το νέο δισδιάστατο πολυμερές είναι σχεδόν αδιαπέραστο λόγω του τρόπου με τον οποίο τα στρώματά του εναποτίθενται το ένα πάνω στο άλλο, αναφέρει το MIN News.
Η πρώτη έκδοση του δισδιάστατου πολυμερούς κατασκευάστηκε από την ομάδα του καθηγητή Michael Strano από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης το 2022. Ήταν ένα 2D πολυαραμίδιο που αυτοσυναρμολογείται σε μοριακά φύλλα χρησιμοποιώντας δεσμούς υδρογόνου. Τα στρώματα που τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου, έτσι ώστε ολόκληρη η δομή να γίνεται πολύ σταθερή και ισχυρή. Μετά από τρία χρόνια πειραμάτων, οι επιστήμονες κατάφεραν να κάνουν το πολυμερές 2DPA-1 ουσιαστικά αδιαπέραστο.
«Το γεγονός ότι μπορούν να συσκευαστούν σε επίπεδο σχήμα σημαίνει ότι δεν υπάρχει όγκος μεταξύ δισδιάστατων δίσκων και αυτό είναι ασυνήθιστο. Άλλα πολυμερή εξακολουθούν να έχουν χώρο μεταξύ μονοδιάστατων αλυσίδων, επομένως οι περισσότερες πολυμερείς μεμβράνες επιτρέπουν τουλάχιστον κάποια αέρια να περάσει», είπε ο Strano.
Εκτός από το άζωτο, οι ερευνητές εξέθεσαν επίσης το πολυμερές σε ήλιο, αργό, οξυγόνο, μεθάνιο και εξαφθοριούχο θείο. Διαπίστωσαν ότι η διαπερατότητα του 2DPA-1 για αυτά τα αέρια είναι τουλάχιστον το 1/10.000 αυτής οποιουδήποτε άλλου υπάρχοντος πολυμερούς. Αυτό το καθιστά σχεδόν τόσο διαπερατό όσο το γραφένιο, από το οποίο δεν περνούν καθόλου αέρια.
Η ανάπτυξη επικαλύψεων γραφενίου ως φραγμού για την πρόληψη της διάβρωσης σε ηλιακά κύτταρα και άλλες συσκευές βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη. Ωστόσο, η κλιμάκωση της παραγωγής μεμβρανών γραφενίου είναι μια δύσκολη διαδικασία, κυρίως επειδή δεν μπορούν απλώς να εναποτεθούν στην επιφάνεια. Το πολυμερές 2DPA-1, αντίθετα, προσκολλάται εύκολα λόγω των ισχυρών δεσμών υδρογόνου μεταξύ των στρωμάτων των δίσκων.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι ένα στρώμα πάχους 60 nm μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής ενός κρυστάλλου περοβσκίτη κατά αρκετές εβδομάδες. Οι περοβσκίτες υπόσχονται να είναι φθηνά και ελαφριά υλικά για ηλιακά κύτταρα, αλλά τείνουν να διασπώνται πολύ πιο γρήγορα από το πυρίτιο. Το φιλμ 60 nm παρατείνει τη διάρκεια ζωής του περοβσκίτη σε περίπου τρεις εβδομάδες και η παχύτερη επίστρωση θα παρέχει ακόμη μεγαλύτερη προστασία.
Τα πολυμερή που συντέθηκαν πρόσφατα από επιστήμονες από τη Λιθουανία ανήκουν στην κατηγορία των vitimers, μιας ένωσης που συνδυάζει τις ιδιότητες της θερμοπλαστικότητας και της θερμοσκληρυνόμενης. Μπορούν να βρουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς όπου η καθαρότητα, η ακρίβεια και η ανθεκτικότητα είναι σημαντικές.