Je volgende nieuwe gadget kan sterker zijn dan staal

Belangrijkste leerpunten

• Een nieuw, ultrasterk materiaal zou laptops en andere persoonlijke elektronica kunnen transformeren.
• Het materiaal genaamd 2DPA-1 is zo sterk dat het misschien zelfs een gebouw kan dragen.
• Andere nieuwe materialen kunnen sensoren creëren die onze telefoons meer laten weten over onze omgeving.

Laptops en andere gadgets kunnen straks een stuk lichter en sterker zijn. MIT-onderzoekers hebben een nieuw materiaal gemaakt dat zo licht als plastic en zo sterk als staal is. Het materiaal, 2DPA-1 genaamd, is een type polyaramide dat op industriële schaal kan worden vervaardigd. Het is de nieuwste in een golf van innovatieve materialen die persoonlijke elektronica zouden kunnen transformeren. “Er zijn veel problemen die worden opgelost door nieuwe materialen”, vertelde Terry Gilton, een materiaalexpert die partner is bij het technologiebedrijf Celesta Capital, aan Lifewire in een e-mailinterview. “Stel je beeldschermen voor die klein genoeg zijn om in een zonnebril te passen en je alles te laten zien wat je momenteel op het scherm van je telefoon kunt zien.”

Zelfmontage

Het nieuwe materiaal van MIT is een tweedimensionaal polymeer dat zichzelf assembleert tot vellen, in tegenstelling tot alle andere polymeren, die eendimensionale, spaghetti-achtige ketens vormen. Wetenschappers geloofden dat het tot nu toe onmogelijk was om polymeren te induceren om 2D-platen te vormen. Zo’n materiaal kan worden gebruikt als een lichtgewicht, duurzame coating voor auto-onderdelen of mobiele telefoons, of als bouwmateriaal voor bruggen of andere constructies, zei Michael Strano, een professor in chemische technologie aan het MIT en de senior auteur van de nieuwe studie.

“Normaal gesproken beschouwen we plastic niet als iets dat je zou kunnen gebruiken om een ​​gebouw te ondersteunen, maar met dit materiaal kun je nieuwe dingen mogelijk maken”, zei hij in het persbericht. De onderzoekers ontdekten dat de elasticiteitsmodulus van het nieuwe materiaal – een maat voor de kracht die nodig is om een ​​materiaal te vervormen – vier tot zes keer groter is dan die van kogelvrij glas. Ze ontdekten ook dat de vloeigrens, of hoeveel kracht er nodig is om het materiaal te breken, twee keer zo groot is als die van staal, ook al heeft het materiaal slechts ongeveer een zesde van de dichtheid van staal. In het persbericht zei Matthew Tirrell, decaan van de Pritzker School of Molecular Engineering aan de Universiteit van Chicago, die niet betrokken was bij het onderzoek, dat de nieuwe techniek “een zeer creatieve chemie belichaamt om deze gebonden 2D-polymeren te maken.” Een ander belangrijk kenmerk van 2DPA-1 is dat het ondoordringbaar is voor gassen. Terwijl andere polymeren zijn gemaakt van opgerolde kettingen met openingen waar gassen doorheen kunnen sijpelen, is het nieuwe materiaal gemaakt van monomeren die aan elkaar vastklikken zoals LEGO’s, en moleculen kunnen er niet tussen komen. “Dit zou ons in staat kunnen stellen om ultradunne coatings te maken die volledig kunnen voorkomen dat water of gassen er doorheen komen”, zei Strano. “Dit soort barrièrecoating zou kunnen worden gebruikt om metaal in auto’s en andere voertuigen of staalconstructies te beschermen.” “We zien plastic meestal niet als iets dat je zou kunnen gebruiken om een ​​gebouw te ondersteunen…”

Nieuwe materialen

De MIT-ontdekking is slechts een van de vele materialen die binnenkort beschikbaar zullen zijn om gadgets te verbeteren. Nieuwe nanodeeltjesversies van verschillende metalen zoals titanium zullen bijvoorbeeld het 3D-printen van metalen componenten sneller en goedkoper maken, zei Gilton. Deze ‘additive manufacturing’ met metalen zorgt voor een revolutie in de productie. Nieuwe weergavetechnologieën zoals kwantumdots kunnen de huidige materialen vervangen die worden gebruikt voor monitoren en schermen, benadrukte Gilton. “Ze zijn beter in het filteren van licht en geven betere kleuren weer op basis van nieuwe verbindingen”, voegde hij eraan toe. Andere innovatieve materialen kunnen sensoren maken die onze telefoons meer laten weten over onze omgeving, zei Gilton. Unieke polymeren die veranderen wanneer ze bepaalde gassen absorberen, maken het bijvoorbeeld mogelijk om in de praktijk een elektronische ‘neus’ op een chip te creëren. Bedrijven doen onderzoek naar nieuwe technieken voor bouwmaterialen waarmee chips met atomaire precisie kunnen worden geconstrueerd, vertelde Casper van Oosten, directeur en hoofd van het zakelijke veld voor Intermolecular, een bedrijf van Merck KGaA, Darmstadt, Duitsland, via e-mail aan Lifewire. De materialen worden atoom voor atoom gebouwd om mogelijk goedkopere, snellere en energiezuinigere computerchips te maken. “De consumenten zullen dit terugzien in de explosie van ‘slimme’ of ‘intelligente’ apparaten om ons heen, van zelfrijdende auto’s tot AR/VR-brillen die onze reguliere Zoom-gesprekken vervangen,” zei hij.