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    新型“超級塑料”來了,你的手機、汽車、房子可能都被影響
    來源:互聯網   發布日期:2022-02-10 09:51:24   瀏覽:21424次  

    導讀:塑料界的「超級英雄」來了。 《自然》雜志近日公布了一項被認為「不可能」的成果 麻省理工學院的科學家研發了一種全新的材料,名為 2DPA-1,它比防彈玻璃還要強 4-6 倍,比鋼材還要硬兩倍,但密度只有鋼材的 1/6。 最令人意外的是,它只有普通塑料那么輕。...

    塑料界的「超級英雄」來了。

    《自然》雜志近日公布了一項被認為「不可能」的成果

    麻省理工學院的科學家研發了一種全新的材料,名為 2DPA-1,它比防彈玻璃還要強 4-6 倍,比鋼材還要硬兩倍,但密度只有鋼材的 1/6。

    最令人意外的是,它只有普通塑料那么輕。

    新型“超級塑料”來了,你的手機、汽車、房子可能都被影響

    圖片來自:Fastcompany

    也就是說,它極其堅固,又極其輕薄。

    而且,它還很容易大批量生產。

    這也就意味著,這種「超級塑料」離每個人都很近。

    材料科學的革命性進步,對于各行各業都是顛覆性的改變。自然,也涵蓋了我們生活的方方面面。

    讓「超級塑料」再飛一會

    當它用在手機上

    作為輕質耐用涂層,它能讓你的手機更加地耐磨耐摔。

    新型“超級塑料”來了,你的手機、汽車、房子可能都被影響

    圖片來自:Andrew Moore-Crispin

    當它變成日常工具

    我們平時使用的塑料袋,就可以做成更多拉鏈式袋子反復利用,它還比布包、皮包都耐用。

    在裝一些特定物品時,更不用擔心塑料袋隨隨便便就被捅破了。

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    圖片來自:xxxlojel

    當它用在汽車上

    作為制造汽車的材料,它可以讓汽車更輕便,然后減少能耗,續航更久。

    作為阻隔涂層,它可以保護汽車中的金屬或鋼結構,讓汽車更加地長壽。

    因為它的密度非常小,氣體無法滲透,所以這種阻隔涂層還可以變成「油漆」或工業涂料,涂到家里的有需要的物品上, 防止它們氧化、生銹、腐爛。

    就像一道天然的屏障。

    這將是它首先在商業上最直接的應用。

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    圖片來自:IAMSPEEDRUNNER

    當它用在建筑物上

    這種「超級塑料」的性能優于鋼鐵等材料,無論是建橋梁還是建大樓,比起以往,都可以減少材料的使用。

    同時,制造這種材料比制造玻璃和鋼鐵都更簡單,就能減少更多能源消耗和人力成本。

    也就是說,更加環?沙掷m了。

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    圖片來自:CDMG

    當面向各行各業

    它可以變成盾牌、變成防彈衣,可以讓警察出行更輕松又更安全;在航天器材上,同樣可以減輕重量,又保證發射質量……

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    圖片來自:《異星災變》

    可以想象,它強大的特性,還將用到我們衣食住行更多地方。

    「超級塑料」是如何煉成的?

    「超級塑料」2DPA-1,是一種二維聚合物。

    在此之前,聚合物通常都只能形成一維的結構。

    我們日常的塑料、橡膠、玻璃都是聚合物,它們本質上是單個分子鏈,就像意大利面條一樣平坦連接在一起,當它們的末端不斷添加新分子,就會像烤箱里的蛋糕一樣生長膨脹,然后變成三維的實物。

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    圖片來自:SHUTTERSTOCK

    這讓它們可以很輕,但也暴露出了一個弱點分子中間有間隙,氣體能通過,所以不夠堅硬。

    這就是為什么當你用塑料袋裝一袋辣條時,也能從外面聞到里面誘人的味道。

    科學家們幾十年來不斷在嘗試研究二維聚合物,但都失敗了。

    因為只要有一個單體不按規則活動,開始前后偏離左右旋轉,那么片狀結構就會被破壞,最后又會膨脹成一個「蓬松的蛋糕」。

    這次,麻省理工的 Michael S. Strano 教授和他的同事們終于打破了局限。

    他們通過一種化合物:三聚氰胺,創造出了這種新材料。

    三聚氰胺有碳和氮環的結構,單體可以在二維上生長,形成圓盤,相互堆疊,各層之間的氫鍵穩定相連,結構就變得非常牢固。

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    就像操場上所有孩子排排坐,手拉手,然后靠在一起,又像樂高積木一樣緊緊鎖合,再也分不開。

    于是,新的二維聚合物就誕生了。

    這種高強度的材料不僅非常輕,還非常硬,比鋼還硬。

    因為單體牢牢鎖在一起,所以氣體和水分子都無法穿透,密閉性非常強,這也是為什么它能作為天然的屏障,密不透風。

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    再令人驚奇的是,這些聚合物會自行組裝。

    只需要溶液,單體就可以在其中自行堆疊成片狀,人們可以直接增加材料,輕松合成更多復合材料。

    所以,它就能被大規模制造。

    現在,研究人員已經在進行涂料和膜的新應用,當進一步研究結構調整,還可以生產納米過濾、氣體分離的新一代聚合物。

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    「超級塑料」未來的應用不可限量。

    我們在等待怎樣的「未來塑料」?

    現在,大家對塑料的印象可能都不太好。

    插在海龜鼻孔里的塑料吸管、漫天幾百年都無法降解的塑料垃圾、無法回收只能艱難再利用的塑料制品、焚燒塑料產生的滾滾廢氣……

    有數據表明:

    如果塑料的生命周期是一個國家,它將成為世界第五大溫室氣體排放國;

    據聯合國公布的數據,全球每年消耗 5000 億個塑料袋,每分鐘賣出 100 萬個塑料瓶;

    如果不調整我們生產使用塑料的方式,2050 年地球將會有 120 億噸塑料垃圾。

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    圖片來自:SciTechDaily

    所以上到最大的塑料污染公司可口可樂,開始加大塑料可回收力度,下到各類提倡綠色環保的新消費品牌,開始從供應鏈到產品都更可持續,甚至各大超市和便利店都開始「限塑」。

    但塑料為什么難擺脫,就是因為它的確太好用了。

    所以,需要從源頭上來解決問題。

    已經有很多公司在用新的材料來取代塑料。

    初創公司 Ecovative 用蘑菇來做包裝材料,其中的菌絲體可以生長成特定大小和形狀,還有利于降解和循環。

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    一直強調環保的 Allbirds 用羊絨做鞋子,用回收瓶做鞋帶,包裝也換成了 90% 的再生紙板。

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    前年倫敦舉辦的半程馬拉松上,運動員半途直接吃一種名為「Ooho」的「水球膠囊」,因為包裝不是塑料,而是用海藻和植物成分做成。

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    甚至還有人將鮭魚精子的 DNA 鏈溶解在水中,形成的一種柔軟可延展的「水凝膠」,團隊稱之為「DNA 塑料」。

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    「塑料替代品」是一種緩解的方式,但還有很多真塑料無法被替代的地方。

    于是在另一條賽道上,新型塑料也層出不窮地誕生。

    大家比較熟知的,可能是現在的可生物降解塑料。

    「可生物降解」的塑料,從術語上來看,大家一般都會理解為把塑料扔在土地里,不久后它就會自動消失。

    但實際上,它仍需要足夠的時間降解,這個時間可能是數百年。

    這樣意義其實就不大了,畢竟在某個時間段內,一切都可生物降解。

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    可生物降解塑料. 圖片來自:Dezeen

    還有「可堆肥塑料」,大家可能認為丟土里它就能消失,還能讓土壤剛有營養。

    但實際上,只有在特殊的堆肥機中,它才有效。而就算這種塑料隨時可用,我們也不可能把它們都丟進匹配的土里。

    技術正在快速進步。

    去年同樣在《自然》雜志上,已經有科學家制造出了能在幾天或幾周內降解的塑料。

    舊金山灣區的一家初創公司也制造出了名為 Intropic Materials 的「可堆肥塑料」,能讓人們在家里就能把它扔盆栽、變肥料。

    新型“超級塑料”來了,你的手機、汽車、房子可能都被影響

    圖片來自:Adam Lau/伯克利工程

    這些塑料普及后,我們就可以毫不內疚地扔掉它們。

    而前面提到的「超級塑料」,可以應用到更多新的領域,甚至替代鋼材和其他材料。

    讓現有的塑料被回收、被消解,讓未來的塑料更快來、有實效,還需要一點時間和實踐。

    這一場塑料戰,才剛剛開始。

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