Şimal-Qərb Universitetinin rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu əlamətdar bir kimya uğurunda ilk iki ölçülü (2D) mexaniki olaraq bir-birinə bağlanmış material hazırladı.

Zəncir poçtunda bir-birinə bağlanan keçidlərə bənzəyən nanoölçülü material müstəsna elastiklik və güc nümayiş etdirir. Sonrakı işlərlə o, yüksək performanslı, yüngül bədən zirehlərində və yüngül, çevik və sərt materiallar tələb edən digər istifadələrdə istifadə üçün vəd edir.

Yanvarın 17-də “Science” jurnalında dərc olunan tədqiqat bu sahədə bir neçə ilkə imza atıb. Bu, təkcə ilk 2D mexaniki olaraq bağlanmış polimer deyil , həm də yeni material həm də 1 kvadrat santimetrə 100 trilyon mexaniki bağ ehtiva edir – bu günə qədər əldə edilmiş ən yüksək mexaniki bağ sıxlığıdır.

Tədqiqatçılar bu materialı yeni, yüksək səmərəli və genişlənən polimerləşmə prosesindən istifadə edərək istehsal ediblər.

“Biz tamamilə yeni bir polimer quruluşu yaratdıq” dedi Northwestern-dən William Dichtel, tədqiqatın müvafiq müəllifi.

“Bu, zəncir poçtuna bənzəyir, çünki asanlıqla qopara bilməz, çünki mexaniki bağların hər birinin ətrafında sürüşmək üçün bir az sərbəstlik var. Əgər onu dartsanız, tətbiq olunan qüvvəni bir neçə istiqamətdə dağıda bilər. Və onu parçalamaq istəyirsinizsə, siz onu bir çox, çox fərqli yerlərdə qırmalı olacaqsınız.

Dichtel Robert L. Letsinger adına Weinberg İncəsənət və Elmlər Kollecində kimya üzrə professor, Beynəlxalq Nanotexnologiya İnstitutunun (IIN) və Paula M. Trienens Davamlılıq və Enerji İnstitutunun üzvüdür. Madison Bardot, Ph.D. Dichtel laboratoriyasında namizəd və IIN Ryan Fellow tədqiqatın ilk müəllifidir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1737100358&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-chainmail-material-future-armor.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMxLjAuNjc3OC4yNjYiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjY2Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjY2Il0sWyJOb3RfQSBCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1737100357882&bpp=1&bdt=374&idt=196&shv=r20250114&mjsv=m202501130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1737099914%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1737099914%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1737099914%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=4450959760025&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2000&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31088038%2C31089806%2C31089808%2C42532524%2C95350246%2C31089761%2C95347169%2C95347432%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=4201059143112818&tmod=230263605&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=201

Yeni bir prosesin icad edilməsi

İllərdir ki, tədqiqatçılar polimerlərlə mexaniki olaraq bir-birinə bağlanmış molekullar inkişaf etdirməyə çalışdılar, lakin polimerləri mexaniki bağlar yaratmaq üçün koaksiyanın mümkünsüzlüyünü tapdılar.

Bu çətinliyin öhdəsindən gəlmək üçün Dichtel komandası tamamilə yeni bir yanaşma tətbiq etdi. Onlar polimerlərin tikinti blokları olan X formalı monomerlərlə başladılar və onları xüsusi, yüksək nizamlı kristal quruluşa çevirdilər . Daha sonra kristalın içərisindəki molekullar arasında əlaqə yaratmaq üçün bu kristalları başqa bir molekulla reaksiya verdilər.

Dichtel dedi: “Mən Madisona çox kredit verirəm, çünki o, mexaniki olaraq bağlanmış polimer yaratmaq üçün bu konsepsiyanı irəli sürdü”. “Bu, molekulyar kristallarda hansı növ reaksiyaların mümkün olduğuna dair fərziyyələrimizi şübhə altına almalı olduğumuz yüksək riskli, yüksək mükafatlı bir fikir idi.”

Yaranan kristallar 2D bir-birinə bağlanmış polimer təbəqələrin təbəqələrindən və təbəqələrindən ibarətdir. Polimer təbəqələrin içərisində X formalı monomerlərin ucları digər X formalı monomerlərin uclarına yapışdırılır. Sonra aralarındakı boşluqlardan daha çox monomer keçir. Sərt quruluşuna baxmayaraq, polimer təəccüblü dərəcədə çevikdir.

Dichtel-in komandası, həmçinin polimerin məhlulda həll edilməsinin bir-birinə bağlı monomerlərin təbəqələrinin bir-birinin soyulmasına səbəb olduğunu müəyyən etdi.

“Polimer əmələ gəldikdən sonra strukturu bir yerdə saxlayan çox şey yoxdur” dedi Dichtel. “Beləliklə, biz onu həllediciyə qoyduqda, kristal əriyir, lakin hər 2D təbəqəsi bir yerdə qalır. Biz həmin fərdi vərəqləri manipulyasiya edə bilərik.”

Strukturu nanomiqyasda araşdırmaq üçün professor David Mullerin rəhbərlik etdiyi Kornell Universitetinin əməkdaşları ən müasir elektron mikroskopiya üsullarından istifadə ediblər. Şəkillər polimerin yüksək kristallıq dərəcəsini üzə çıxardı, onun bir-birinə bağlı strukturunu təsdiqlədi və yüksək elastikliyini göstərdi.

Dichtel-in komandası yeni materialın böyük miqdarda istehsal oluna biləcəyini də tapdı. Tərkibində mexaniki bağlar olan əvvəlki polimerlər adətən miqyaslana bilməyən üsullardan istifadə etməklə çox az miqdarda hazırlanırdı. Dichtel-in komandası isə öz yeni materialından yarım kiloqram hazırladı və onların ən perspektivli tətbiqləri ortaya çıxdıqca daha böyük miqdarların mümkünlüyünü fərz etdilər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Sərt polimerlərə güc əlavə edir

Materialın özünəməxsus gücündən ilhamlanaraq, professor Metyu Bekkerin rəhbərlik etdiyi Duke Universitetindəki Dichtelin əməkdaşları onu Ultem-ə əlavə etdilər. Kevlar ilə eyni ailədən olan Ultem həddindən artıq temperaturlara, həmçinin turşu və kaustik kimyəvi maddələrə tab gətirə bilən inanılmaz dərəcədə güclü materialdır.

Tədqiqatçılar 97,5% Ultem lifindən və yalnız 2,5% 2D polimerdən ibarət kompozit material hazırladılar. Bu kiçik faiz Ultem-in ümumi gücünü və möhkəmliyini kəskin şəkildə artırdı.

Dichtel, qrupunun yeni polimerinin yüngül bədən zirehləri və ballistik parçalar üçün xüsusi bir material kimi gələcəyini nəzərdə tutur.

“Bizim daha çox analizlərimiz var, lakin deyə bilərik ki, bu, bu kompozit materialların gücünü artırır” dedi Dichtel. “Ölçdüyümüz demək olar ki, hər bir əmlak müəyyən mənada müstəsna olmuşdur.”

Tarixə köklənmiş

Müəlliflər məqaləni 1980-ci illərdə mexaniki bağlar anlayışını təqdim edən keçmiş Şimal-Qərb kimyaçısı Ser Fraser Stoddartın xatirəsinə həsr ediblər. Nəhayət, o, bu bağları idarə olunan üsullarla dəyişən, fırlanan, büzüşən və genişlənən molekulyar maşınlara çevirdi.

Keçən ay vəfat edən Stoddart bu işinə görə 2016-cı il Kimya üzrə Nobel Mükafatını alıb .

UCLA-da Stoddartın laboratoriyasında postdoktorluq tədqiqatçısı olan Dichtel, “Molekullar tək-tək bir-birlərini keçmirlər, buna görə də Fraser bir-birinə bağlı strukturları formalaşdırmaq üçün zəkalı üsullar inkişaf etdirdi” dedi.

“Lakin hətta bu üsullar polimerlər kimi böyük molekullarda istifadə etmək üçün kifayət qədər praktik olmaqdan əl çəkdi. Bizim indiki işimizdə molekullar hər birinin ətrafında mexaniki bir əlaqənin meydana gəlməsini şərtləndirən bir kristalda möhkəm şəkildə saxlanılır.

“Beləliklə, bu mexaniki bağların Şimal-Qərbdə dərin ənənələri var və biz onların imkanlarını hələ mümkün olmayan yollarla araşdırmaqdan həyəcanlanırıq.”

Daha çox məlumat: Madison I. Bardot et al, Mechanically interlocked two-dimensional polymers, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads4968 . www.science.org/doi/10.1126/science.ads4968

Jurnal məlumatı: Elm 

Şimal-Qərb Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir