Polyme là vật liệu linh hoạt, trong đó nhựa có lẽ là ví dụ được biết đến nhiều nhất. Dưới kính hiển vi, polyme thường trông giống như những sợi chỉ "nguệch ngoạc", chuỗi một chiều của các đơn vị được gọi là monome (là một đơn vị cấu tạo nên đa phân tử, đây là khái niệm thường dùng nhiều nhất trong sinh hoá học và sinh học phân tử) nhưng chúng có thể được ghép thành hình dạng ba chiều thông qua các phương pháp sản xuất như ép phun.
Tuy nhiên, để các polyme liên kết với nhau, tạo thành các tấm hai chiều lại khó một cách đáng ngạc nhiên. Mặc dù một số nghiên cứu đã đạt được thành công nhất định, nhưng các vật liệu tạo ra không bền bỉ hoặc có các đặc tính mong muốn khác.
Nhưng đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học của MIT cho biết họ đã phát triển một phương pháp sản xuất mới cho phép polyme tạo thành các tấm 2D trong khi vẫn giữ nguyên độ bền của chúng. Nhóm nghiên cứu bắt đầu với melamine là monome, có cấu trúc gồm các vòng cacbon và nitơ. Trong một dung dịch được tiếp xúc với điều kiện thích hợp, các phân tử này phát triển sang một bên thành hình đĩa, sau đó xếp chồng lên nhau, với các liên kết hydro giữ các lớp lại với nhau.
Michael Strano, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Thay vì tạo ra một phân tử giống như mì spaghetti, chúng ta có thể tạo ra một mặt phẳng phân tử giống như tấm, nơi chúng ta khiến các phân tử tự kết nối với nhau theo hai chiều. Cơ chế này xảy ra một cách tự nhiên, và sau khi chúng tôi tổng hợp vật liệu, chúng tôi có thể dễ dàng kéo thành các màng mỏng có độ bền vượt trội”.
Nhóm nghiên cứu gọi vật liệu này là 2DPA-1 và nó có một số đặc tính ấn tượng. Mặc dù cực kỳ mỏng và nhẹ, nhưng polyme có thể chịu nhiệt độ nóng chảy gấp hai lần thép và cần lực để làm biến dạng nó gấp sáu lần so với kính chống đạn. Nó cũng hoàn toàn không bị chất khí và chất lỏng thấm qua.
Với những khả năng này, 2DPA-1 có thể tạo ra một lớp phủ nhẹ, bền, kín nước cho xe cộ, thiết bị điện tử như điện thoại thông minh và những thứ tương tự, hoặc thậm chí được sử dụng làm vật liệu xây dựng.
Strano nói: “Chúng tôi thường không nghĩ nhựa là thứ mà bạn có thể sử dụng để làm vật liệu xây dựng, nhưng với vật liệu này, bạn có thể tạo ra những điều mới mẻ. Nó có những đặc tính rất khác biệt và chúng tôi rất vui mừng về điều đó”.
Nhóm nghiên cứu nói rằng phương pháp sản xuất có thể dễ dàng mở rộng và có thể được điều chỉnh để tạo ra các loại vật liệu khác.