Erinnern Sie sich an Melamin? Es ist der berüchtigte „Milchpulverzusatz“, aber überraschenderweise kann er „umgewandelt“ werden.

Am 2. Februar erschien in Nature, der führenden internationalen Wissenschaftszeitschrift, eine Forschungsarbeit, in der zur großen Überraschung behauptet wird, dass sich aus Melamin ein Material herstellen lässt, das härter als Stahl und leichter als Kunststoff ist. Die Arbeit wurde von einem Team unter der Leitung des renommierten Materialwissenschaftlers Michael Strano, Professor am Department of Chemical Engineering des Massachusetts Institute of Technology, veröffentlicht. Erstautor war der Postdoktorand Yuwei Zeng.

Sie nannten angeblich dieMaterial inHergestellt aus Melamin 2DPA-1, einem zweidimensionalen Polymer, das sich selbst zu Platten zusammenfügt und so ein weniger dichtes, aber dennoch extrem starkes, hochwertiges Material bildet, für das zwei Patente angemeldet wurden.

Melamin, allgemein bekannt als Dimethylamin, ist ein weißer monokliner Kristall, der ähnlich wie Milch aussieht

Melamin ist geschmacksneutral und in Wasser, aber auch in Methanol, Formaldehyd, Essigsäure, Glycerin, Pyridin usw. schwer löslich. In Aceton und Ether ist es unlöslich. Es ist schädlich für den menschlichen Körper, und sowohl China als auch die WHO haben festgelegt, dass Melamin nicht in der Lebensmittelverarbeitung oder als Lebensmittelzusatzstoff verwendet werden darf. Tatsächlich ist Melamin jedoch nach wie vor sehr wichtig als chemischer Rohstoff und Baurohstoff, insbesondere in Farben, Lacken, Platten, Klebstoffen und anderen Produkten, und hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.

Die Molekülformel von Melamin lautet C3H6N6 und das Molekulargewicht beträgt 126,12. Anhand der chemischen Formel können wir erkennen, dass Melamin aus drei Elementen besteht, nämlich Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff, und eine Struktur aus Kohlenstoff- und Stickstoffringen aufweist. Wissenschaftler am MIT haben in ihren Experimenten herausgefunden, dass diese Melaminmolekülmonomere unter geeigneten Bedingungen in zwei Dimensionen wachsen können und die Wasserstoffbrückenbindungen in den Molekülen aneinander fixiert werden, wodurch eine scheibenförmige, konstant gestapelte Form entsteht, genau wie die hexagonale Struktur, die durch zweidimensionales Graphen gebildet wird. Diese Struktur ist sehr stabil und stark, sodass Melamin in den Händen der Wissenschaftler in eine hochwertige zweidimensionale Platte namens Polyamid umgewandelt wird.

Das Material sei zudem unkompliziert in der Herstellung, sagte Strano, und könne spontan in einer Lösung produziert werden, aus der der 2DPA-1-Film später entfernt werden könne. Dies biete eine einfache Möglichkeit, das extrem robuste und dennoch dünne Material in großen Mengen herzustellen.

Die Forscher fanden heraus, dass das neue Material einen Elastizitätsmodul (ein Maß für die zur Verformung erforderliche Kraft) aufweist, der vier- bis sechsmal höher ist als der von Panzerglas. Sie stellten außerdem fest, dass das Polymer trotz seiner nur ein Sechstel geringeren Dichte als Stahl die doppelte Streckgrenze aufweist, also die zum Brechen des Materials erforderliche Kraft.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des Materials ist seine Luftdichtheit. Während andere Polymere aus verdrehten Ketten mit Lücken bestehen, durch die Gas entweichen kann, besteht das neue Material aus Monomeren, die wie Legosteine aneinander haften und zwischen denen keine Moleküle hindurchdringen können.

„Dadurch können wir ultradünne Beschichtungen herstellen, die absolut resistent gegen das Eindringen von Wasser oder Gas sind“, so die Wissenschaftler. „Diese Art von Barrierebeschichtung könnte zum Schutz von Metallen in Autos und anderen Fahrzeugen oder Stahlkonstruktionen eingesetzt werden.“

Jetzt untersuchen die Forscher genauer, wie sich dieses spezielle Polymer zu zweidimensionalen Schichten formen lässt, und versuchen, seine molekulare Zusammensetzung zu verändern, um andere Arten neuer Materialien zu schaffen.

Es ist klar, dass dieses Material äußerst gefragt ist. Wenn es in Massenproduktion hergestellt werden kann, könnte es die Bereiche Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie ballistischer Schutz grundlegend verändern. Insbesondere im Bereich der Fahrzeuge mit alternativen Antrieben (EV) ist die derzeitige Reichweite dieser Fahrzeuge nach wie vor problematisch, obwohl viele Länder planen, Fahrzeuge mit alternativen Antrieben nach 2035 auslaufen zu lassen. Der Einsatz dieses neuen Materials im Automobilbereich würde nicht nur das Gewicht der Fahrzeuge mit alternativen Antrieben deutlich reduzieren, sondern auch den Leistungsverlust verringern, was indirekt ihre Reichweite verbessern würde.