强大的塑料;硬质植物复合材料;艰难的粘合剂。
强大的塑料
麻省理工学院有开发了一种新材料它比钢强，但像塑料一样轻。
这种新材料可以大量生产，其中包括一种二维聚合物，它可以自我组装成薄片。这种材料的杨氏模量(一种衡量材料变形所需要的力)是防弹玻璃的4到6倍。根据麻省理工学院的说法，这种材料的屈服强度是钢的两倍，但密度只有钢的六分之一。
这种材料可以用作汽车零件或智能手机的轻质耐用涂层。它可以用作桥梁或其他结构的建筑材料。
聚合物是一种包含多个重复单元的材料，称为单体。通过注射成型，聚合物可以用来形成三维物体，比如水瓶和其他产品。
根据麻省理工学院的说法，传统的聚合物类似于一维的意大利面条状的链。多年来，研究人员一直在研究将聚合物发展成二维薄片。理论上，这些聚合物可以制造出坚固而轻便的材料。
到目前为止，业界认为不可能开发出这些薄片。然而，最近，麻省理工学院的研究人员设计了一种新的聚合工艺，使一种称为聚酰胺的二维薄片的开发成为可能。
这种材料需要一种新的单体构件。研究人员设计了一种名为三聚氰胺的新化合物，它含有碳原子和氮原子环。这些积木在二维空间中生长，形成圆盘。根据麻省理工学院的说法，“这些磁盘相互堆叠，由层间的氢键连接在一起，使结构非常稳定和坚固。”
一旦这种材料被生产出来，研究人员就会在其表面涂上这种材料的薄膜，他们称之为2DPA-1。麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)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，你可以创造新的东西。”
“我们可以做一个像意大利面一样的分子，而不是像薄片一样的分子平面，在那里我们让分子在二维上连接在一起。这种机制在溶液中自发发生，在我们合成材料后，我们可以很容易地自旋涂层薄膜，这些薄膜非常坚固，”斯特拉诺说。
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。”“这种屏障涂层可用于保护汽车和其他车辆中的金属，或钢结构。”
该研究由增强纳米流体传输中心(CENT)资助，该中心是由美国能源部科学办公室和陆军研究实验室赞助的能源前沿研究中心。
硬质植物复合材料
在另一项发展中，麻省理工学院开发了一种新型植物衍生复合材料它像骨头一样坚韧，像铝一样坚硬。
这种复合材料可以为一系列新产品铺平道路。例如，这种材料有一天可能被用于制造基于纤维素的牙科植入物。根据麻省理工学院的说法，它可以用来制造更坚固、更坚韧、更可持续的塑料产品。
麻省理工学院用纤维素纳米晶体和一些合成聚合物开发了这种复合材料。纤维素构成了绿色植物、藻类和其他生物的初级细胞壁。
麻省理工学院在这项技术中使用了木材纤维。根据麻省理工学院的说法，一个单一的木细胞壁是由纤维素纤维构成的。每根纤维中都含有纤维素纳米晶体(CNCs)，这是一种聚合物链。
麻省理工学院开发了一种具有高比例cnc的复合材料，这将实现坚固的结构。研究人员将合成聚合物溶液与CNC粉末混合。
这又形成了凝胶。使用3D打印机，将凝胶倒入模具中。研究人员使用超声波探针来打破凝胶中的纤维素团块。
麻省理工学院机械工程教授a·约翰·哈特(A. John Hart)说:“通过在高负荷下用cnc制造复合材料，我们可以赋予聚合物材料前所未有的机械性能。”“如果我们能用天然纤维素取代一些石油基塑料，这可以说对地球也更好。”
麻省理工学院的研究员阿比纳夫·拉奥(Abhinav Rao)补充说:“我们基本上是解构了木材，然后重建了它。我们采用了木材中最好的成分，即纤维素纳米晶体，并将其重建为一种新的复合材料。”
这项研究部分得到了宝洁公司和国防科学与工程研究生奖学金的支持。
艰难的粘合剂
美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)利用高分子化学技术改造了一个普通家庭塑料是一种强力的可重复使用的粘合剂。
有了这项技术，研究人员开发出了一种新型的坚韧粘合剂。该技术可以处理重载，耐受极端应力和高温，并可可逆地粘结到包括玻璃、铝和钢在内的各种表面。
它的目标是各种应用，如航空航天，汽车和建筑。“节约资源和减少浪费对工业和环境都有好处。根据设计，这种粘合剂可以让你进行修复或纠正代价高昂的错误，并且可以在非常具有挑战性的应用中重新加工用于新的用途，”橡树岭的科学家Tomonori Saito说。
图1:橡树岭国家实验室的研究人员创造了一种具有“超强强度和韧性”的可重复使用粘合剂。资料来源:卡洛斯·琼斯/ORNL，美国能源部
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