新材料可用作汽车部件涂层 比钢更坚固、像塑料一样轻

据外媒报道，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种新材料，这种材料比钢更坚固，而且像塑料一样轻。这种材料利用一种新颖的聚合工艺制成，并且便于大批量生产，其用途包括汽车零部件或手机的轻质耐用涂层，也可用作桥梁和其他结构的建筑材料。

（图片来源：麻省理工学院）

主要研究人员Michael Strano表示：“通常不认为塑料可以用来支撑建筑物，但使用这种材料，可以创造新的事物。其具有极不寻常的特征，让人感到兴奋。”

这种新材料是一种二维聚合物，可以自组合成片材。与之不同的是，其他聚合物形成的是一维的意大利面条状链。到目前为止，科学家们一直认为，不可能诱导聚合物形成二维片材。

据介绍，包括所有塑料在内的聚合物，由称为单体的结构单元链组成。这些链通过在其末端添加新分子而生长。这些聚合物一旦形成，可以通过注塑成型制成三维物体，例如水瓶。长期以来，聚合物科学家一直假设，如果可以诱导聚合物长成二维片材，应该会形成极其坚固、轻质的材料。然而，该领域经过数十年研究得出的结论是，不可能创建这样的片材。其原因之一是，如果只有一个单体向上或向下旋转，超出生长片材平面后，材料将开始在三个维度上膨胀，从而失去片状结构。

然而，在这项新研究中，研究人员提出了一种新的聚合工艺，能够生成一种称为聚芳酰胺的二维片材。研究人员采用一种叫做三聚氰胺的化合物，作为单体结构单元，其中含有一个碳和氮原子环。在适当条件下，这些单体可以二维生长，形成圆盘。这些圆盘相互堆叠，通过层间的氢键结合在一起，形成非常稳定和坚固的结构。

这种材料可在溶液中自组合，通过增加起始材料的数量，即可进行大量制造。研究人员表明，可以在表面上涂覆这种材料的薄膜，并称之为2DPA-1。Strano表示：“通过制造片状分子平面，而不是类似意大利面条的分子，研究人员可以让分子在二维上将自己连接在一起。这种机制在溶液中自发发生，在合成材料后，可以轻松地将其旋涂成非常坚固的薄膜。”

研究表明，这种新材料的强度是防弹玻璃的4-6倍。尽管密度仅为钢的六分之一，但其屈服强度（或者说破坏材料所需的力量）是钢的两倍。

2DPA-1的另一关键特性在于不透气。这种新材料由像乐高积木一样锁在一起的单体制成，分子无法进入其间。相比之下，其他聚合物是由带有间隙的盘旋链制成的，气体可能通过间隙渗入。

Strano总结说：“这样我们可以创造出完全防水或不透气的超薄涂层。这种阻隔涂层可用于保护车辆中的金属或钢结构。”