![]() |
Они считаются одними из самых прочных материалов на планете, но добиться этой прочности оказалось непросто. Двумерные материалы, более тонкие, чем самая тонкая луковая бумага, вызывают повышенный интерес благодаря своим невероятным механическим свойствам. Однако эти свойства рассеиваются, когда материалы укладываются в несколько слоев, что ограничивает их полезность.
Теперь Ли и его коллеги из Университета Райса и Университета Хьюстона нашли способ преодолеть этот барьер, тщательно изменив молекулярную структуру двумерных полимеров, известных как ковалентные органические каркасы (КОФ). Полученные результаты подробно описаны в новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Используя моделирование на молекулярном уровне, исследователи изучили различные функциональные группы, то есть расположение молекулярных элементов, а затем разработали два COF с незначительными различиями в структуре. Затем они изучили, как ведут себя COF, когда их складывают в слои. Оказалось, что крошечные структурные различия привели к значительно отличающимся результатам. Первый COF, как и большинство двумерных материалов, демонстрировал лишь слабое взаимодействие между слоями, а прочность и упругость уменьшались по мере добавления новых слоев. Это не так со вторым COF, который «демонстрирует сильное межслойное взаимодействие и сохраняет хорошие механические свойства даже при добавлении нескольких слоев», — заявил докторант Университета Райса Цийи Фанг, соавтор статьи в PNAS. По мнению исследователей, это явление, скорее всего, обусловлено водородной связью.
Применив полученные результаты, исследовательская группа создала легкий материал, который не только в несколько раз прочнее стали, но и сохраняет свои двухмерные свойства даже при укладке в несколько слоев. Потенциальных применений много. «Из COF могут получиться отличные фильтрационные мембраны», — говорит Лу из Райса. „Для системы фильтрации очень важна структура функциональной группы в порах. Когда, скажем, грязная вода проходит через мембрану COF, функциональная группа на порах будет захватывать только примеси и пропускать нужные молекулы. В этом процессе очень важна механическая целостность мембраны. Теперь у нас есть возможность создавать очень прочные, очень устойчивые к разрушению, многослойные 2D-полимеры, которые могут быть очень хорошими кандидатами для применения в мембранной фильтрации“.
По словам Ли, результаты исследования также могут привести к прогрессу в разработке широкого спектра материалов, включая керамику и металлы. Керамика, например, зависит от ионной связи, которая образуется при очень высоких температурах, поэтому разбитую кофейную чашку не так-то просто починить. Металлы, в свою очередь, требуют ковки при высоких температурах. С помощью молекулярной подстройки, изучаемой исследователями, подобные изделия можно будет производить и ремонтировать без повышения температуры.
03.04.2023 |
Хайтек
![]() | |
Scientific Reports: Создан ультразвуковой настраиваемый ЖК-рассеиватель света | |
Свет необходим для жизни. С момента ... |
![]() | |
APL Materials: Открыт метод лазерной печати для создания запоминающих устройств | |
Цифровые технологии не заменяют печатные.... |
![]() | |
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче | |
Исследователи из университета МИСИС усове... |
![]() | |
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама | |
Учёные из Университета МИСИС и Инсти... |
![]() | |
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев | |
Мягкие реабилитационные перчатки помогают паци... |
![]() | |
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание | |
При выборе материала для инфраструктурных... |
![]() | |
Учёные одновременно картировали температуру и поток в конвективных микропотоках | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
![]() | |
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ | |
Образовательное пространство Технологическое м... |
![]() | |
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния | |
Физики из Osaka Metropolitan University в... |
![]() | |
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов | |
Эксперименты показали, что мюоны можно ис... |
![]() | |
Опровергнута гипотеза о причине изменения формы сплавов при намагничивании | |
Учёные из Объединённого института ядерных... |
![]() | |
Ученые совершили рывок в локализации электролиза воды с анионообменной мембраной | |
Исследовательская группа под руководством... |
![]() | |
Исследование кристаллографов СПбГУ приведет к созданию более прочной керамики | |
Исследователи из Санкт-Петербургского уни... |
![]() | |
Квантовая томография выходит на новый уровень благодаря российским физикам | |
Учёные из Университета МИСИС и Росси... |
![]() | |
Ученые повысили рабочие характеристики изделий из никелевых суперсплавов | |
В МИСИС представили улучшенную технологию защи... |
![]() | |
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм | |
Магнитные материалы традиционно классифицируют... |
![]() | |
Light Sci Appl: Фотонный фонарь, напечатанный в 3D, открывает новые возможности | |
Оптические волны, распространяющиеся по в... |
![]() | |
Nature Materials: Ученые разработали рентген, позволяющий заглянуть в кристалл | |
Группа исследователей из Нью-Йоркского ун... |
![]() | |
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу | |
Сильно взаимодействующие системы играют важную... |
![]() | |
Неоднородная мягкость тел позволяет создавать более мягкие аморфные материалы | |
Ученые из Токийского столичного университ... |
![]() | |
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
![]() | |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
![]() | |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
![]() | |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
![]() | |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
![]() | |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
![]() | |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
![]() | |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
![]() | |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
![]() | |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |