전문가들이 물질을 결합하여 이상하고 단단하며 탄력 있는 물질을 만듭니다.

파손 방지 스마트폰 화면은 단일 물질에 여러 가지 부조리한 특성을 병합하는 새로운 하이브리드 소재를 적용한 한 가지 방법이 될 수 있습니다. 세라믹의 경도와 강도, 고무의 변형탄성, 플라스틱의 재성형성을 동시에 갖춘 소재입니다. 중국 항저우에 있는 절강대학교 화학과 교수인 LIU Zhaoming은 "단일 물질의 이러한 특성 조합은 매우 독특하기 때문에 그 잠재적인 용도는 주로 우리의 상상력에 의해 제한됩니다"라고 말했습니다. Liu는 연구를 공동 주도했습니다. 전통적으로 부드럽고 신축성이 있는 유기 고분자는 탄성과 가소성을 지닌 재료를 만드는 반면, 무기 재료는 단단한 세라믹을 형성할 가능성이 더 높습니다. 하이브리드 재료에 유기 화합물과 무기 화합물을 결합하려는 이전의 시도는 대조적인 화학적 성질로 인해 제한되었다고 Liu는 설명합니다. 무기 화합물은 일반적으로 이온 결합으로 결합되며 순수한 분자 형태로는 거의 존재하지 않습니다. 대신, 그들은 고체 결정을 형성하거나 물 속의 자유 이온 용액으로 해리되는 경향이 있습니다. 염화나트륨이나 식염을 생각해 보세요. 이와 대조적으로 유기 화합물은 일반적으로 공유 결합으로 서로 결합되어 분자 형태로 쉽게 존재합니다. 이러한 차이로 인해 분자 규모에서 유기 화합물과 무기 화합물을 결합하는 것이 어려워졌습니다. 20191년 Liu와 TANG Ruikang 교수를 포함한 그의 절강대학교 동료들은 이 문제를 해결할 수 있는 잠재적인 방법을 찾았습니다. "우리는 무기 이온 화합물인 탄산칼슘을 분자 형태로 안정화하기 위해 작은 유기 분자를 '캡핑제'로 사용할 수 있다는 것을 발견했습니다."라고 그는 말합니다. 최신 연구에서 팀은 이 접근법을 사용하여 새로운 유기-무기 하이브리드를 만들었습니다. 분자2, 산-염기 반응을 사용하여 탄산칼슘 올리고머를 유기 분자인 티옥트산에 연결합니다. 이러한 분자를 120°C의 압력 하에서 처리하면 분자의 유기 및 무기 부분이 이웃 분자와 반응하여 교차 결합하여 고도로 통합된 유기 및 무기 영역이 있는 고체를 형성합니다. 하이브리드 재료의 놀라운 특성은 즉시 명백하지 않았습니다. 리우는 말한다. “처음 이 소재를 만들었을 때 우리는 그것이 단단한 플라스틱과 같다고 생각했습니다.”라고 그는 말합니다. 나노 크기에서 고체 물질의 기계적 특성을 조사하는 데 사용되는 나노압입이라는 기술을 사용하여 물질에 날카로운 점을 눌렀을 때 놀라움이 시작되었습니다. Liu는 "하이브리드 물질은 매우 단단했습니다. 마치 세라믹과 같았습니다."라고 말했습니다. "그러나 우리가 움푹 들어간 부분을 만든 다음 포인트를 집어넣자 재료가 뒤로 밀려 고무처럼 모양이 회복되었습니다." 경도와 탄성만이 하이브리드 소재의 유일한 역설적 특성은 아니었습니다. 연구팀은 고온과 고압 하에서 재성형이 가능하다는 사실을 발견했는데, 이는 새로운 용도로 재활용될 수 있음을 의미합니다. "우리는 이 물질을 '탄성-세라믹-플라스틱'이라고 명명했습니다. 왜냐하면 이 물질이 세 가지 특성을 모두 결합하고 있기 때문입니다"라고 Liu는 말합니다. Liu는 이 물질을 실제 응용할 때 단단하고 강하지만 깨지지 않는 스마트폰 화면이 하나의 가능성이라고 말했습니다. "경도와 파괴 탄력성이 결합되어 뼈 임플란트나 기타 의료 재료에도 사용될 수 있습니다."라고 그는 제안합니다. 탄성-세라믹-플라스틱은 완전히 새로운 재료 계열 중 첫 번째 재료일 수 있다고 Liu는 덧붙입니다. “이 연구의 근본적인 혁신은 분자 수준에서 유기화학과 무기화학을 융합했다는 것입니다.”라고 그는 말합니다. "이 방법을 사용하면 아마도 다른 역설적인 특성을 결합하여 많은 하이브리드 분자를 만들 수 있습니다."