Science
Dieses Plastik ist härter als Stahl
Forscher kreierten ein neues Material, das so leicht wie Plastik, aber härter als Stahl ist. Das macht es vielfältig einsetzbar.
Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein neuartiges Polymer entwickelt, das stabiler als Stahl ist. Bei dem neuen Material, das auch in großen Mengen leicht hergestellt werden kann, handelt es sich um ein zweidimensionales Polymer, das sich selbst zu Platten zusammensetzt – im Gegensatz zu allen anderen Polymeren, die eindimensionale, "spaghettiartige" Ketten bilden.
Was ist ein Polymer?
Kunststoffe bestehen aus sogenannten Polymeren. Kurz gesagt sind Polymere hochmolekulare chemische Verbindungen (Makromoleküle) aus wiederholten Einheiten, die »Monomere« genannt werden. Sie können lineare, verzweigte oder vernetzte Strukturen haben.
Die einzigartigen Eigenschaften des Materials könnten es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet machen: Von leichten, haltbaren Beschichtungen für Autoteile oder Mobiltelefone bis hin zu Baumaterialien für Brücken oder andere Strukturen, so der Chemieingenieur Professor Michael Strano, Hauptautor der neuen Studie.
Neues Verfahren
In der neuen Studie haben Professor Strano und seine Kollegen ein neues Polymerisationsverfahren entwickelt, mit dem sie eine zweidimensionale Folie, ein so genanntes Polyaramid, herstellen können. Für die Monomerbausteine verwenden sie eine Verbindung namens Melamin, die einen Ring aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen enthält. Unter den richtigen Bedingungen können diese Monomere in zwei Dimensionen wachsen und Scheiben bilden. Diese Scheiben stapeln sich übereinander und werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Schichten zusammengehalten, was die Struktur sehr stabil und fest macht.
Nützliche Eigenschaften von 2DPA-1
Das neue Material mit der Bezeichnung 2DPA-1 hat mehrere nützliche Eigenschaften: Es ist doppelt so bruchfest wie Stahl, obwohl es ein Sechstel weniger dicht ist, und es lässt sich vier- bis sechsmal stärker verformen als kugelsicheres Glas. 2DPA-1 ist auch undurchlässig für Gase, da es aus Monomeren besteht, die wie Legosteine zusammengefügt sind, so dass Gasmoleküle nicht zwischen ihnen hindurchdringen können, wie es in Polymerketten möglich ist.
"Dies könnte es uns ermöglichen, ultradünne Beschichtungen herzustellen, die das Eindringen von Wasser oder Gasen vollständig verhindern", sagt Strano. "Diese Art von Barrierebeschichtung könnte zum Schutz von Metall in Autos und anderen Fahrzeugen oder von Stahlkonstruktionen verwendet werden.
Plastik vs. Umwelt
Es ist zu diesem Zeitpunkt unklar, welche Auswirkungen dieses neue Polymer auf die Umwelt haben würde, obwohl das MIT sich lautstark für die Entwicklung neuer Arten von Kunststoffen ausgesprochen hat, die sich schnell in der Erde zersetzen könnten.
"Es besteht ein dringender Bedarf, neue Kunststoffe und Kunststoffalternativen zu entwickeln, die während ihrer Nutzungsdauer haltbar bleiben und sich dann schnell und harmlos in der Umwelt abbauen", schreibt die Universität auf ihrer Webseite der Environmental Solutions Initiative.