Новый полимер наносится пленкой толщиной всего несколько нанометров и полностью отталкивает азот и другие газы. Такая степень непроницаемости ранее не наблюдалась ни у одного полимера и сопоставима с непроницаемостью кристаллических материалов на молекулярном уровне, таких как графен.Результаты опубликованы в журнале Nature.
Защитить металлы от коррозии может тончайшая полимерная пленка
Исследователи из Массачусетского технологического института разработали сверхтонкую полимерную пленку, практически непроницаемую для газов. Материал может применяться для защиты металлов, солнечных батарей и других устройств и материалов от коррозии. Пленка может продлить срок хранения продуктов и лекарств.
Мост Золотые ворота в Сан-Франциско непрерывно красит специальная бригада. Она начинает с одного берега и красит конструкции до другого. Когда она заканчивает, то сразу возвращается и начинает сначала, потому что краска в начале моста уже облезла. Если покрыть мост нанопленкой, разработанной учеными, красить мост больше не придется и защита будет надежнее. Википедия
Традиционные полимеры состоят из длинных молекулярных цепочек, беспорядочно переплетенных между собой, как спагетти. Это создает крошечные промежутки между нитями, через которые могут просачиваться молекулы газа. Именно поэтому все полимеры обладают хотя бы некоторой степенью газопроницаемости. Новый полимер устроен иначе: его слои из плоских дисков плотно прилегают друг к другу без промежутков между ними, что блокирует проникновение газов на молекулярном уровне.
«Наш полимер весьма необычен. Он получен в результате реакции полимеризации в растворе, но продукт ведет себя как графен, который непроницаем для газов, потому что является идеальным кристаллом», — отмечает соавтор работы Майкл Страно, профессор химической инженерии MIT.
Непроницаемая пленка
Нанопластинки 2DPA-1 в качестве свободно стоящих тонких пленок.
Материал представляет собой двумерный полимер 2DPA-1, созданный на основе меламина. Молекулы образуют нанометровые диски, которые накладываются друг на друга и удерживаются вместе водородными связями между слоями. Это делает структуру очень стабильной и прочной — материал прочнее стали при плотности в шесть раз меньше.
Исследователи проверили непроницаемость материала, создавая из пленки пузыри и наполняя их газом. Обычные полимеры пропускают газ, и пузыри быстро сдуваются. Но пузыри из 2DPA-1, наполненные еще в 2021 году, остаются надутыми до сих пор. Проницаемость нового полимера для азота, гелия, аргона, кислорода, метана и гексафторида серы оказалась как минимум в 10 000 раз ниже, чем у любого другого существующего полимера.
Исследователи из MIT проверили газопроницаемость своих новых полимерных пленок, подвесив их над микролунками. Образовались пузырьки. Некоторые из них наполненные еще 2021 году, все еще надуты.
В отличие от графена, производство которого в больших масштабах затруднено, новый полимер легко масштабируется и наносится на поверхности благодаря прочным водородным связям. Слой толщиной 60 нанометров продлил срок службы перовскитового кристалла, используемого для солнечной батареи, на несколько недель. Материал также может защищать мосты, здания, транспорт и продукты.