Новый полимер, похожий по структуре на кольчугу, может стать броней будущего

Много лет ученые пытались создать механически сцепленные молекулы с полимерами, но заставить полимеры образовать механические связи не получалось. Теперь исследователи использовали новый подход. Они взяли X-образные мономеры, из которых состоят полимеры, и расположили их в особую, упорядоченную кристаллическую структуру. Затем они добавили к этим кристаллам другую молекулу, чтобы создать связи между молекулами внутри кристалла.

Получившийся материал состоит из слоев двумерных полимерных листов, где концы X-образных мономеров сцеплены с концами других таких же мономеров, а между ними продеты дополнительные мономеры. Всего в материале 100 трлн механических связей на квадратный сантиметр. Несмотря на жесткую структуру, полимер оказался неожиданно гибким. Если растворить его, сцепленные мономеры отделяются друг от друга, что позволяет манипулировать отдельными листами.

Чтобы изучить структуру на наноуровне, ученые из Корнеллского университета использовали современные методы электронной микроскопии. Снимки показали высокую степень кристалличности полимера, подтвердили его сцепленную структуру и указали на его гибкость.

Разработку можно производить в больших объемах. Предыдущие полимеры с механическими связями обычно делались в очень маленьких количествах с помощью методов, которые сложно масштабировать. Команда уже изготовила полкилограмма нового материала и считает, что это количество увеличится по мере того, как будут появляться перспективные варианты использования.

Вдохновившись прочностью материала, ученые из Университета Дьюка добавили его в Ultem. Ultem, похожий по свойствам на кевлар, — это очень прочный материал, который выдерживает экстремальные температуры, а также кислоты и щелочи. Ученые создали композит, состоящий на 97,5% волокон Ultem и всего на 2,5% из 2D-полимера. Это небольшое добавление значительно повысило общую прочность Ultem.

Руководитель исследования Уильям Дихтель считает, что новый полимер может использоваться как специальный материал для легкой брони и баллистических тканей. Он объяснил, что структура материала похожа на кольчугу: ее нелегко порвать, поскольку каждая из механических связей обладает некоторой свободой скольжения. Если материал потянуть, сила распределится в разные стороны. Чтобы разорвать полимер, придется порвать его во многих местах. Команда продолжает изучать свойства материала.