I polimeri sono materiali versatili, di cui le materie plastiche sono forse gli esempi più noti. Al microscopio, i polimeri di solito sembrano fili ondulati, catene unidimensionali di unità chiamate monomeri, ma possono essere costretti in forme tridimensionali attraverso metodi di produzione come lo stampaggio a iniezione.
Tuttavia, ottenere polimeri da legare insieme per formare fogli bidimensionali è stato sorprendentemente difficile. Mentre alcuni team hanno avuto un certo successo, i materiali risultanti hanno difetti che riducono la loro resistenza o altre proprietà desiderabili.
Ma per il nuovo studio, gli scienziati del MIT dicono di aver sviluppato un nuovo metodo di produzione che consente ai polimeri di formare fogli 2D mantenendo intatta la loro forza. Il team ha iniziato con la melamina come monomero, che ha una struttura di anelli di carbonio e azoto. In una soluzione esposta alle giuste condizioni, queste molecole crescono lateralmente in forme di disco, che poi si impilano l'una sull'altra, con legami idrogeno che tengono insieme gli strati.
"Invece di creare una molecola simile a uno spaghetto, possiamo creare un piano molecolare simile a un foglio, in cui otteniamo che le molecole si aggancino insieme in due dimensioni", ha detto Michael Strano, autore senior dello studio. "Questo meccanismo avviene spontaneamente in soluzione, e dopo aver sintetizzato il materiale, possiamo facilmente creare film sottili che sono straordinariamente forti".
Il team chiama il materiale 2DPA-1 e ha alcune proprietà impressionanti. Sebbene sia estremamente sottile e leggero, il polimero ha una resistenza allo snervamento che è il doppio di quella dell'acciaio e richiede fino a sei volte più forza per deformarlo rispetto al vetro antiproiettile. È anche completamente impermeabile a gas e liquidi.
Con questo tipo di abilità, 2DPA-1 potrebbe creare un rivestimento leggero, resistente e impermeabile per veicoli, dispositivi elettronici come smartphone e simili, o addirittura essere utilizzato come materiale da costruzione. Il team afferma che il metodo di produzione è facilmente scalabile e potrebbe essere ottimizzato per realizzare altri tipi di materiali.