نسل جدید مواد پلیمری با کارایی بالاتر ساخته شد

محققان دو دانشگاه رایس و مریلند چارچوب‌های آلی کووالانسی (COFs)، که خانواده جدیدی از پلیمر دوبعدی محسوب می شوند را تولید کرده‌اند.

به گزارش تکناک، این مواد ویژگی‌های مکانیکی مورد نظر خود را حتی به شکل‌های چند لایه یا حجیم حفظ می‌کنند. به لطف کشف این تیم تحقیقاتی، ساختارهای جدید فیلتراسیون با کارایی بالا، جذب کربن و فن‌آوری‌های ذخیره‌سازی نیرو را می‌توان توسعه داد.

با نتایج بدست آمده از این تحقیق فعل و انفعالات بین لایه‌ای در COF ها را می‌توان برای تعیین اینکه آیا مواد خواص مکانیکی مطلوب را در چند لایه یا توده از دست می‌دهند یا حفظ می‌کنند، به خوبی تنظیم کرد.

کشف مهم

این دستاورد از نتایج شبیه سازی دو نوع مجزا از پلیمر دوبعدی که توسط محققان مستقر در مریلند انجام شد به دست آمده. این نتایج حاکی از این است که ویژگی‌های مکانیکی یک COF با افزودن لایه‌های بیشتر به دلیل برهمکنش بین لایه‌ای محکم آن تحت‌تاثیر قرار نمی‌گیرد، در حالی که خواص COF دیگر، مانند بسیاری از مواد دو بعدی، با افزودن لایه‌های بیشتر کاهش می‌یابد. شبیه‌سازی‌ها همچنین به گروه کمک کرد تا بفهمند چه چیزی باعث رفتار متفاوت دو COF شده است.

محققان دریافتند که ویژگی‌های مکانیکی خوب پلیمر دوبعدی در حالت چند لایه یا توده‌ای مواد به دلیل تماس‌های قوی بین لایه‌های ماده دوبعدی حفظ می شود. آنها همچنین شیمی پیوند هیدروژنی را به عنوان علت اصلی برهمکنش بین لایه ای قوی نسبت می دهند. در صورتی که این پیوندهای بین لایه ای تحت تنش از بین بروند، بلافاصله با لغزش لایه ها بر روی یکدیگر دوباره بازسازی می شوند.

COFها دارای استحکام و سفتی خاصی در میان سایر پلیمرهای بلوری متخلخل هستند و تقریباً ده برابر چگالی کمتری نسبت به گرافن یا نیترید بور شش ضلعی دارند. به دلیل نسبت استحکام به وزن و هزینه کم، COF ها کاربرد گسترده ای در فیلتراسیون غشایی و دستگاه های مشابه پیدا می کنند.

دانشمندان خوش بین هستند زیرا پلیمرهای دوبعدی مانند COF ها دارای چندین تنظیم شیمیایی هستند که که توسط دانشمندان قابل انجام است. طراحی تعامل بین لایه ای امکان مهندسی اصولی مواد جدید را در سیستم های مدولار بسیار محکم فراهم می کند. از آنجایی که دانشمندان در گذشته پیشرفت‌های چشمگیری در استفاده از پلیمرهای سه‌بعدی داشته‌اند، استفاده از پلیمرهای دو بعدی در کاربردهای چند منظوره در مقیاس بزرگ که ویژگی‌های مکانیکی اهمیت بسیاری پیدا می کند، دستاورد قابل‌توجهی برای این تیم تحقیقاتی است.