FILM POLIMERIC IMPRIMAT DE GAZ, O PROMSITĂ PENTRU COATINGS DURABILE ÎN ELECTRONICE, INFRASTRUCTURĂ ȘI PACHETARE
O echipă de cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) a dezvoltat un film polimeric ușor care se dovedește a fi aproape impermeabil la moleculele de gaz. Acest material revoluționar are potențialul de a fi utilizat ca un strat protector pentru a preveni coroziunea în celulele solare și alte infrastructuri, având, de asemenea, capacitatea de a întârzia degradarea alimentelor și medicamentelor ambalate.
Polimerul, care poate fi aplicat în straturi de câțiva nanometri grosime, respinge complet azotul și alte gaze, ceea ce este, conform cercetărilor, nemaivăzut până acum în cazul oricărui polimer. Această impermeabilitate rivalizează chiar cu cea a materialelor cristaline extrem de subțiri, precum grafenul.
Michael Strano, profesor de inginerie chimică la MIT, subliniază caracteristicile unice ale acestui polimer: „Este produs printr-o reacție de polimerizare în fază de soluție, dar se comportă ca grafenul, care este impermeabil la gaze datorită structurii sale cristaline perfecte. Totuși, materialul nostru nu ar trebui confundat niciodată cu un cristal perfect,” explică el.
Filmul polimeric a fost detaliat într-o lucrare publicată în revista Nature, și este fabricat utilizând un proces care poate fi extins la o scară mare, ceea ce îl face mult mai accesibil comparativ cu grafenul.
BUBBLELE CARE NU SE COLAPSEAZĂ
Cercetările anterioare din 2022 au identificat un material nou numit 2D polyaramid, care se autoassemblează în foi moleculare folosind legături de hidrogen. Acest material este realizat dintr-un bloc de construcție numit melamină, care conține un inel de atomi de carbon și azot, și poate forma discuri nanometrice atunci când este expus la condiții adecvate.
Aceste discuri se suprapun, fiind menținute împreună prin legături de hidrogen între straturi, ceea ce le conferă o stabilitate și o forță remarcabile. Polimerul, denumit 2DPA-1, este mai rezistent decât oțelul, având în același timp doar o șesime din densitatea acestuia.
În cadrul experimentelor din 2022, cercetătorii s-au concentrat pe testarea rezistenței materialului, dar au realizat și studii preliminare asupra permeabilității sale la gaze. Aceștia au creat „bule” din filmele polimerice, umplându-le cu gaz. Spre deosebire de majoritatea polimerilor, bulele din 2DPA-1 nu s-au colapsat; de fapt, unele dintre ele, create în 2021, sunt și acum umflate.
„Am fost surprins inițial,” afirmă Cody Ritt, unul dintre cercetători. „Comportamentul bulelor nu a urmat tiparele așteptate pentru un polymer permeabil. A trebuit să ne regândim modul în care studiem și înțelegem transportul molecular în acest material nou.”
APLICAȚII ÎN DIVERSSE DOMENII
Pe lângă azot, cercetătorii au testat polimerul împotriva altor gaze, precum heliu, argon, oxigen și metan. Rezultatele au arătat o permeabilitate de aproximativ 1/10.000 față de altele existente, făcând astfel materialul aproape la fel de impermeabil ca grafenul.
Îmbunătățirea durabilității celulelor solare este un alt beneficiu major. Strano spune că un strat de doar 60 de nanometri poate extinde durata de viață a cristalelor de perovskite cu săptămâni. Aceste materiale sunt promițătoare pentru utilizarea în celule solare ieftine și ușoare, dar au tendința de a se degrada rapid.
Pe lângă protecția infrastructurii precum poduri și clădiri, acest tip de film ar putea îmbunătăți durata de valabilitate a alimentelor și medicamentelor. În plus, cercetătorii au demonstrat, pentru prima dată, un rezonator polimeric 2D care poate vibreze la o frecvență specifică, deschizând astfel noi posibilități pentru tehnologia de comunicație și senzori.
Acest material ar putea revolutiona industria electronicelor, permitem producerea de dispozitive de dimensiuni reduse, îmbunătățind, totodată, eficiența energetică necesară pentru prelucrarea semnalelor.
Informațiile detaliate despre acest studiu pot fi găsite în lucrarea lui Michael Strano, „Un polimer molecular impermeabil din poliaramide bidimensionale,” publicată în Nature.
