Помните меламин? Это печально известная «добавка в сухое молоко», но, как ни странно, её можно «преобразовать».

2 февраля в журнале Nature, ведущем международном научном журнале, была опубликована исследовательская статья, в которой утверждалось, что меламин можно превратить в материал, который твёрже стали и легче пластика, что вызвало немалое удивление. Статья была опубликована группой учёных под руководством известного материаловеда Майкла Страно, профессора кафедры химического машиностроения Массачусетского технологического института, а первым автором стал постдокторант Юйвэй Цзэн.

Сообщается, что они назвалиматериал вполученный из меламина 2DPA-1, двумерного полимера, который самоорганизуется в листы, образуя менее плотный, но чрезвычайно прочный, высококачественный материал, на который поданы две патентные заявки.

Меламин, обычно известный как диметиламин, представляет собой белый моноклинный кристалл, похожий на молоко.

Меламин безвкусен и малорастворим в воде, а также в метаноле, формальдегиде, уксусной кислоте, глицерине, пиридине и т. д. Он нерастворим в ацетоне и эфире. Он вреден для организма человека, и Китай, как и ВОЗ, запретили использовать меламин в пищевой промышленности или в качестве пищевых добавок. Однако меламин по-прежнему очень важен как химическое и строительное сырье, особенно в красках, лаках, плитах, клеях и других продуктах, имеющих широкий спектр применения.

Молекулярная формула меламина - C3H6N6, а молекулярная масса - 126,12. Благодаря химической формуле мы можем узнать, что меламин состоит из трех элементов: углерода, водорода и азота, и содержит структуру из углеродных и азотных колец, и ученые из Массачусетского технологического института обнаружили в своих экспериментах, что эти мономеры молекул меламина могут расти в двух измерениях при определенных условиях, и водородные связи в молекулах будут зафиксированы вместе, делая его в постоянном Водородные связи в молекулах будут зафиксированы вместе, делая его формировать форму диска в постоянном укладке, точно так же, как гексагональная структура, образованная двумерным графеном, и эта структура очень стабильна и прочна, поэтому меламин превращается в высококачественный двумерный лист, называемый полиамидом, в руках ученых.

По словам Страно, материал также прост в изготовлении и может быть получен спонтанно в растворе, с которого впоследствии можно удалить пленку 2DPA-1, что обеспечивает простой способ производства чрезвычайно прочного, но тонкого материала в больших количествах.

Исследователи обнаружили, что модуль упругости нового материала (мера силы, необходимой для деформации) в четыре-шесть раз превышает модуль упругости пуленепробиваемого стекла. Они также обнаружили, что, несмотря на то, что плотность полимера в шесть раз меньше плотности стали, его предел текучести (сила, необходимая для разрушения) вдвое выше.

Ещё одним ключевым свойством материала является его воздухонепроницаемость. В то время как другие полимеры состоят из скрученных цепей с зазорами, через которые может выходить газ, новый материал состоит из мономеров, которые склеиваются, как кубики Lego, и молекулы не могут между ними проникнуть.

«Это позволяет нам создавать сверхтонкие покрытия, полностью непроницаемые для воды и газа», — заявили учёные. Этот тип барьерного покрытия может быть использован для защиты металлов в автомобилях и других транспортных средствах, а также стальных конструкциях.

Теперь исследователи более подробно изучают, как этот конкретный полимер можно сформировать в двумерные листы, и пытаются изменить его молекулярный состав, чтобы создать другие типы новых материалов.

Очевидно, что этот материал крайне востребован, и если его удастся наладить массовое производство, он может внести серьёзные изменения в автомобильную, аэрокосмическую и баллистическую защиту. Особенно это касается транспортных средств на новых источниках энергии. Хотя многие страны планируют постепенно отказаться от автомобилей на топливе после 2035 года, запас хода современных транспортных средств на новых источниках энергии всё ещё остаётся проблемой. Если этот новый материал будет использован в автомобильной промышленности, это означает значительное снижение веса транспортных средств на новых источниках энергии, а также снижение потерь мощности, что косвенно увеличит запас хода таких транспортных средств.