Se spomnite melamina? To je zloglasni "dodatek za mleko v prahu", ki pa ga je presenetljivo mogoče "preoblikovati".

2. februarja je bil v Nature, vodilni mednarodni znanstveni reviji, objavljen raziskovalni članek, v katerem je bilo na veliko presenečenje ljudi objavljeno, da je mogoče melamin predelati v material, ki je trši od jekla in lažji od plastike. Članek je objavila ekipa pod vodstvom priznanega znanstvenika za materiale Michaela Strana, profesorja na oddelku za kemijsko inženirstvo na Tehnološkem inštitutu v Massachusettsu, prvi avtor pa je bil podoktorski sodelavec Yuwei Zeng.

Po poročanju so poimenovalimaterial vodzračen iz melamina 2DPA-1, dvodimenzionalnega polimera, ki se samostojno sestavlja v plošče in tvori manj gost, a izjemno močan, visokokakovosten material, za katerega sta bila vložena dva patenta.

Melamin, splošno znan kot dimetilamin, je bel monoklinični kristal, ki je podoben mlečnemu prahu.

Melamin je brez okusa in rahlo topen v vodi, pa tudi v metanolu, formaldehidu, ocetni kislini, glicerinu, piridinu itd. Netopen je v acetonu in etru. Škodljiv je za človeško telo, Kitajska in SZO pa sta določili, da se melamin ne sme uporabljati pri predelavi hrane ali kot aditivi za živila, vendar je melamin še vedno zelo pomemben kot kemična surovina in gradbeni material, zlasti v barvah, lakih, ploščah, lepilih in drugih izdelkih, ki imajo veliko uporab.

Molekulska formula melamina je C3H6N6, molekulska masa pa je 126,12. Iz njegove kemijske formule lahko vemo, da melamin vsebuje tri elemente, ogljik, vodik in dušik, ter ima strukturo ogljikovih in dušikovih obročev. Znanstveniki na MIT so v svojih poskusih ugotovili, da lahko ti monomeri melaminskih molekul pod ustreznimi pogoji rastejo v dveh dimenzijah, vodikove vezi v molekulah pa so fiksne skupaj, zaradi česar so v konstantnem stanju. Vodikove vezi v molekulah so fiksne skupaj, zaradi česar tvorijo obliko diska v konstantnem zlaganju, tako kot šesterokotna struktura, ki jo tvori dvodimenzionalni grafen, in ta struktura je zelo stabilna in močna, zato se melamin v rokah znanstvenikov pretvori v visokokakovostno dvodimenzionalno ploščo, imenovano poliamid.

Strano je dejal, da je material tudi enostaven za izdelavo in ga je mogoče spontano proizvesti v raztopini, iz katere je kasneje mogoče odstraniti film 2DPA-1, kar omogoča enostavno izdelavo izjemno trpežnega, a tankega materiala v velikih količinah.

Raziskovalci so ugotovili, da ima novi material modul elastičnosti, ki je merilo sile, potrebne za deformacijo, štiri- do šestkrat večji od modula neprebojnega stekla. Ugotovili so tudi, da ima polimer kljub šestini gostote jekla dvakrat večjo mejo tečenja oziroma silo, potrebno za lomljenje materiala.

Druga ključna lastnost materiala je njegova zrakotesnost. Medtem ko so drugi polimeri sestavljeni iz zavitih verig z režami, skozi katere lahko uhaja plin, je novi material sestavljen iz monomerov, ki se držijo skupaj kot Lego kocke in molekule ne morejo priti mednje.

»To nam omogoča, da ustvarimo ultra tanke premaze, ki so popolnoma odporni na prodiranje vode ali plina,« so povedali znanstveniki. »Ta vrsta zaščitnega premaza bi se lahko uporabljala za zaščito kovin v avtomobilih in drugih vozilih ali jeklenih konstrukcijah.«

Raziskovalci zdaj podrobneje preučujejo, kako se ta polimer lahko oblikuje v dvodimenzionalne plošče, in poskušajo spremeniti njegovo molekularno sestavo, da bi ustvarili druge vrste novih materialov.

Jasno je, da je ta material zelo zaželen, in če bi ga bilo mogoče množično proizvajati, bi lahko prinesel velike spremembe na področju avtomobilske, vesoljske in balistične zaščite. Še posebej na področju vozil na nova energijska goriva, čeprav številne države načrtujejo postopno opustitev vozil na gorivo po letu 2035, je trenutna ponudba vozil na nova energijska goriva še vedno problem. Če bi se ta novi material lahko uporabljal na področju avtomobilske industrije, bi se teža vozil na nova energijska goriva močno zmanjšala, hkrati pa bi se zmanjšale tudi izgube moči, kar bi posredno izboljšalo doseg vozil na nova energijska goriva.