Herinner je je melamine nog? Het is het beruchte "melkpoederadditief", maar verrassend genoeg is het misschien "getransformeerd".

Op 2 februari werd een onderzoeksartikel gepubliceerd in Nature, het toonaangevende internationale wetenschappelijke tijdschrift, waarin tot grote verbazing werd beweerd dat melamine kan worden omgezet in een materiaal dat harder is dan staal en lichter dan plastic. Het artikel werd gepubliceerd door een team onder leiding van de gerenommeerde materiaalkundige Michael Strano, hoogleraar aan de afdeling Chemische Technologie van het Massachusetts Institute of Technology, en de eerste auteur was postdoctoraal onderzoeker Yuwei Zeng.

Naar verluidt noemden ze demateriaal ingemaakt van melamine 2DPA-1, een tweedimensionaal polymeer dat zichzelf in platen samenstelt en zo een minder dicht maar uiterst sterk, hoogwaardig materiaal vormt, waarvoor twee patenten zijn aangevraagd.

Melamine, algemeen bekend als dimethylamine, is een wit monoklien kristal dat lijkt op melkpoeder.

Melamine is smaakloos en licht oplosbaar in water, maar ook in methanol, formaldehyde, azijnzuur, glycerine, pyridine, enz. Het is onoplosbaar in aceton en ether. Het is schadelijk voor het menselijk lichaam. Zowel China als de WHO hebben aangegeven dat melamine niet mag worden gebruikt in voedselverwerking of in levensmiddelenadditieven. Desondanks is melamine nog steeds zeer belangrijk als chemische grondstof en bouwgrondstof, met name in verf, lakken, platen, lijmen en andere producten.

De molecuulformule van melamine is C3H6N6 en het molecuulgewicht is 126,12. Door de chemische formule kunnen we weten dat melamine drie elementen bevat: koolstof, waterstof en stikstof, en de structuur bevat van koolstof- en stikstofringen. Wetenschappers van MIT ontdekten in hun experimenten dat deze melaminemoleculen monomeren onder de juiste omstandigheden in twee dimensies kunnen groeien, en de waterstofbruggen in de moleculen zullen aan elkaar worden gefixeerd, waardoor ze een constante De waterstofbruggen in de moleculen zullen aan elkaar worden gefixeerd, waardoor ze een schijfvorm vormen in constante stapeling, net als de hexagonale structuur die wordt gevormd door tweedimensionaal grafeen. Deze structuur is zeer stabiel en sterk, dus melamine wordt in de handen van wetenschappers omgezet in een hoogwaardig tweedimensionaal vel genaamd polyamide.

Het materiaal is bovendien eenvoudig te produceren, aldus Strano, en kan spontaan in oplossing worden geproduceerd, waaruit later de 2DPA-1-film kan worden verwijderd. Dit biedt een eenvoudige manier om dit extreem taaie, maar dunne materiaal in grote hoeveelheden te produceren.

De onderzoekers ontdekten dat het nieuwe materiaal een elasticiteitsmodulus heeft, een maat voor de kracht die nodig is om te vervormen, die vier tot zes keer groter is dan die van kogelwerend glas. Ze ontdekten ook dat het polymeer, ondanks de dichtheid die een zesde is van die van staal, twee keer zo'n hoge vloeigrens heeft, oftewel de kracht die nodig is om het materiaal te breken.

Een andere belangrijke eigenschap van het materiaal is de luchtdichtheid. Waar andere polymeren bestaan ​​uit gedraaide ketens met openingen waar gas kan ontsnappen, bestaat het nieuwe materiaal uit monomeren die als legoblokjes aan elkaar plakken en waar moleculen niet tussen kunnen komen.

"Hierdoor kunnen we ultradunne coatings creëren die volledig bestand zijn tegen water- en gaspenetratie", aldus de wetenschappers. "Dit type barrièrecoating kan worden gebruikt om metalen in auto's en andere voertuigen of stalen constructies te beschermen."

Momenteel onderzoeken de onderzoekers gedetailleerder hoe dit specifieke polymeer kan worden gevormd tot tweedimensionale platen. Ook proberen ze de moleculaire samenstelling ervan te veranderen om zo andere soorten nieuwe materialen te creëren.

Het is duidelijk dat dit materiaal zeer gewild is, en als het massaal geproduceerd kan worden, zou het grote veranderingen teweeg kunnen brengen in de automobiel-, luchtvaart- en ballistische beschermingssector. Vooral op het gebied van nieuwe energievoertuigen, hoewel veel landen van plan zijn brandstofvoertuigen na 2035 uit te faseren, vormt het huidige bereik van nieuwe energievoertuigen nog steeds een probleem. Als dit nieuwe materiaal in de automobielsector kan worden gebruikt, betekent dit niet alleen dat het gewicht van nieuwe energievoertuigen aanzienlijk zal afnemen, maar ook dat het vermogensverlies zal afnemen, wat indirect de actieradius van nieuwe energievoertuigen zal verbeteren.