Ученые создали сверхпрочный полимер, непроницаемый для газов

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали легкий полимерный материал, который практически непроницаем для молекул газа. Этот прорыв открывает возможности для создания долговечных защитных покрытий в электронике, инфраструктуре и упаковочной промышленности.

Исследователи MIT тестировали газонепроницаемость своих новых полимерных пленок, подвешивая их над микролунками для формирования пузырей. Некоторые пузыри из экспериментов 2021 года до сих пор остаются надутыми. Источник: MIT

Полимерная пленка, которая может наноситься слоем толщиной всего в нанометры, полностью отталкивает азот и другие газы. Такая степень непроницаемости ранее никогда не наблюдалась в полимерах и сопоставима с молекулярно-тонкими кристаллическими материалами, такими как графен.

«Наш полимер довольно необычен. Он производится из раствора, но ведет себя как графен, который газонепроницаем благодаря своей совершенной кристаллической структуре», — объясняет Майкл Страно, профессор химической инженерии MIT.

Пузыри, которые не сдуваются

Материал, называемый 2DPA-1, представляет собой двумерный полиарамид, который самособирается в молекулярные слои с помощью водородных связей. Исследователи обнаружили, что пузыри, созданные из этой пленки в 2021 году, до сих пор остаются надутыми.

«Я был весьма удивлен изначально. Поведение пузырей не соответствовало тому, что можно ожидать от типичного проницаемого полимера», — отмечает ведущий автор исследования Коди Ритт.

Традиционные полимеры пропускают газы из-за своей спутанной структуры, оставляющей микроскопические зазоры между молекулами. Новый же 2D-полимер практически не имеет таких промежутков благодаря плотной упаковке слоев.

Защитное покрытие будущего

Исследования показали, что 2DPA-1 как минимум в 10 000 раз менее проницаем для газов, чем любые существующие полимеры. В отличие от графена, который сложно наносить на большие поверхности, новый полимер легко прилипает к различным материалам благодаря водородным связям.

Ученые продемонстрировали, что покрытие толщиной всего 60 нанометров может значительно продлить срок службы перовскитных солнечных элементов, которые перспективны для создания дешевых и легких солнечных батарей, но быстро деградируют.

Потенциальные применения материала включают защиту инфраструктуры от коррозии, увеличение срока годности продуктов питания и лекарств, а также создание миниатюрных резонаторов для мобильных устройств.

Интересный факт: несмотря на свою невероятную прочность (материал прочнее стали), полимер 2DPA-1 имеет плотность в шесть раз меньшую, чем сталь, что делает его исключительно легким.