Eine Darstellung von drei von Kevlar inspirierten „Aramid Amphiphile“ -Nanobändern. Peter Allen / MIT
Eine Gruppe von Forschern des MIT entwickelte eine neue Klasse kleiner Moleküle, die sich spontan zusammensetzen. Nanobänder stärker als Stahl.
Das Team sagt, dass seine überraschenden Ergebnisse wahrscheinlich für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle gelten werden, einschließlich Batterietechnologie und Wasserdekontamination. Ihre Ergebnisse wurden am 21. Januar in veröffentlicht. Naturnanotechnologie .
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Geheime Sauce zur Selbstorganisation
Das Material der MIT-Gruppe ist einer Zellmembran nachempfunden, deren äußerer Teil "hydrophil" ist, was bedeutet, dass es in Wasser stabil ist. Der innere Teil ist "" hydrophob "bedeutet, dass Wasser vermieden wird.
Dies ist die geheime Sauce des Materials Julia Ortony, Assistenzprofessorin am Department of Materials Science and Engineering DMSE des MIT, erklärt, dass es "eine treibende Kraft für die Selbstorganisation darstellt".
Die Moleküle orientieren sich daran, die Wechselwirkungen zwischen dem hydrophoben Teil und Wasser zu verringern, wodurch sie eine nanoskalige Form annehmen.
Kevlar Inspiration
Die Forscher entwickelten dann einen Weg, um zu verhindern, dass die gesamte Struktur beim Trocknen zusammenbricht, wie dies normalerweise der Fall ist.
Eine Methode zur Verlangsamung von Molekülen, Ty Christoff-Tempesta, Doktorand und Erstautor der Arbeit, stellt fest, "dass sie stärker aneinander haften als in biologischen Systemen."
Wie Christoff-Tempesta erklärt, kann dies über ein dichtes Netzwerk starker Wasserstoffbrücken erreicht werden, die die Moleküle miteinander verbinden :
"Das ist es, was einem Material wie Kevlar - das aus sogenannten 'Aramiden' besteht - seine chemische Stabilität und Festigkeit verleiht", erklärt er in a Pressemitteilung .
'Stärker als Stahl'
Das Team hat diese Idee in das Design eines Moleküls mit drei Hauptkomponenten einbezogen: einem äußeren Teil, der gerne mit Wasser interagiert, Aramiden in der Mitte zum Binden und einem inneren Teil, der eine starke Abneigung gegen Wasser aufweist.
Die Forscher entschieden sich für ein Molekül, das zu langen Bändern mit einer Dicke im Nanometerbereich führte. Bei der Messung der Festigkeit und Steifheit der Nanobänder nach Einbeziehung von Kevlar-Wechselwirkungen zwischen Molekülen stellten sie fest, dass die Nanobänder überraschenderweise stärker als Stahl waren.
Das Team sagt, dass sie noch dabei sind, Anwendungen für ihr aufregendes neues Material zu finden, obwohl es verwendet werden kann, um Schwermetalle wie Blei oder Arsen herauszuziehen. kontaminiertes Wasser oder verwendet, um die Effizienz elektronischer Geräte und Batterien erheblich zu verbessern.