Kas mäletate melamiini? See on kurikuulus "piimapulbri lisaaine", aga üllataval kombel saab seda "ümber kujundada".

2. veebruaril avaldati juhtivas rahvusvahelises teadusajakirjas Nature uurimistöö, milles väideti, et melamiinist saab valmistada materjali, mis on kõvem kui teras ja kergem kui plastik – see üllatas inimesi suuresti. Artikli avaldas Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi keemiatehnika osakonna professori, tuntud materjaliteadlase Michael Strano juhitud meeskond ning artikli esimene autor oli järeldoktor Yuwei Zeng.

Väidetavalt panid nad nimeksmaterjaliventileeritud melamiinist 2DPA-1, kahemõõtmelisest polümeerist, mis iseenesest lehtedeks kokku pannakse, moodustades vähem tiheda, kuid äärmiselt tugeva ja kvaliteetse materjali, mille kohta on esitatud kaks patenti.

Melamiin, tuntud ka kui dimetüülamiin, on valge monokliinne kristall, mis meenutab piimapulbrit.

Melamiin on maitsetu ja lahustub vees vähe, aga ka metanoolis, formaldehüüdis, äädikhappes, glütseriinis, püridiinis jne. See ei lahustu atsetoonis ja eetris. See on inimkehale kahjulik ning nii Hiina kui ka WHO on määranud, et melamiini ei tohiks kasutada toiduainete töötlemisel ega toidulisandites, kuid tegelikult on melamiin siiski väga oluline keemiatööstuse ja ehitustoormena, eriti värvides, lakkides, plaatides, liimides ja muudes toodetes, millel on palju rakendusi.

Melamiini molekulaarvalem on C3H6N6 ja molekulmass on 126,12. Selle keemilise valemi põhjal saame teada, et melamiin sisaldab kolme elementi: süsinikku, vesinikku ja lämmastikku ning sellel on süsiniku- ja lämmastikutsüklite struktuur. MIT teadlased leidsid oma katsetes, et need melamiinimolekulide monomeerid võivad sobivates tingimustes kasvada kahes dimensioonis ja molekulide vesiniksidemed fikseeritakse omavahel, muutes need konstantseks. Molekulide vesiniksidemed fikseeritakse omavahel, muutes need pidevas virnastamisel kettakujuliseks, nagu kahemõõtmelise grafeeni kuusnurkne struktuur, ja see struktuur on väga stabiilne ja tugev, mistõttu teadlaste käes muutub melamiin kvaliteetseks kahemõõtmeliseks leheks, mida nimetatakse polüamiidiks.

Strano sõnul on materjali tootmine samuti lihtne ja seda saab spontaanselt lahuses toota, millest saab hiljem 2DPA-1 kile eemaldada, pakkudes lihtsat viisi äärmiselt sitke, kuid õhukese materjali valmistamiseks suurtes kogustes.

Teadlased leidsid, et uue materjali elastsusmoodul, mis mõõdab deformeerumiseks vajalikku jõudu, on neli kuni kuus korda suurem kui kuulikindlal klaasil. Samuti leidsid nad, et hoolimata sellest, et polümeer on kuuendiku võrra terase tihedusest, on sellel kaks korda suurem voolavuspiir ehk materjali purustamiseks vajalik jõud.

Materjali teine ​​​​oluline omadus on õhutihedus. Kui teised polümeerid koosnevad keerdunud ahelatest, millel on tühikutega gaas, kust gaas pääseb välja, siis uus materjal koosneb monomeeridest, mis kleepuvad kokku nagu Lego klotsid ja molekulid ei pääse nende vahele.

„See võimaldab meil luua üliõhukesi katteid, mis on täiesti vastupidavad vee või gaasi läbitungimisele,“ ütlesid teadlased. Seda tüüpi tõkkekatet saaks kasutada metallide kaitsmiseks autodes ja muudes sõidukites või teraskonstruktsioonides.

Nüüd uurivad teadlased, kuidas seda konkreetset polümeeri saab üksikasjalikumalt kahemõõtmelisteks lehtedeks vormida, ja püüavad muuta selle molekulaarset koostist, et luua muud tüüpi uusi materjale.

On selge, et see materjal on väga ihaldusväärne ja kui seda saab masstootmisse viia, võib see tuua kaasa suuri muutusi autotööstuses, lennunduses ja ballistilise kaitse valdkonnas. Eriti uute energiasõidukite valdkonnas, kuigi paljud riigid plaanivad pärast 2035. aastat kütusesõidukid järk-järgult kaotada, on praegune uute energiasõidukite valik endiselt probleem. Kui seda uut materjali saab autotööstuses kasutada, tähendab see, et uute energiasõidukite kaal väheneb oluliselt, aga ka võimsuskadu väheneb, mis kaudselt parandab uute energiasõidukite sõiduulatust.