Istotnym parametrem w inżynierii powierzchni, w kontekście wytwarzania powłok i nadawania im żądanych właściwości, jest między innymi gazoprzepuszczalność. Wszystkie materiały polimerowe wykazują gazoprzepuszczalność, spowodowaną odstępami między łańcuchami polimerowymi. Z kolei krystaliczne materiały dwuwymiarowe, takie jak grafen, mogą być na tyle gęste, że są nieprzepuszczalne nawet na poziomie cząsteczkowym. Są jednak otrzymywane w procesach wysokotemperaturowych i aplikowane przy użyciu nanotechnologii, co ogranicza ich zastosowanie przemysłowe jako powłok.
Specjaliści od inżynierii chemicznej z Massachusetts Institute of Technology podjęli się opracowania metody polikondensacji roztworowej dwuwymiarowych polimerów w celu ograniczenia gazoprzepuszczalności. Wykorzystano poliaramidy 2DPA-1, polikondensowane z melaminy i chlorku trimesoilu TMC do budowy nanofilmów o grubości między 4 nm a 65 nm. Rozprowadzone w kwasie trifluorooctowym TFA lub dimetylosulfotlenku DMSO, poliaramidy 2DPA-1 formują nanopłytki o średnicy 10 nm, cechujące się stabilnością chemiczną i przetwarzalnością. Tak otrzymane dwuwymiarowe współmierne struktury 2DPA-1 mają grubość około 3,7 Å i mogą być nawarstwiane w odstępach 3.3 ± 0.2 Å, liczonych od środka warstwy, co wskazuje na brak wolnej przestrzeni między warstwami, czyli zupełnie tak jak w przypadku dwuwymiarowych materiałów krystalicznych.
Podczas gdy warstwy grafenu ślizgają się w warunkach praktycznie zerowego tarcia (zobacz: nadsmarowność), warstwy 2DPA-1 sczepione są ze sobą silnymi wiązaniami wodorowymi. Dzięki temu opracowany materiał może zostać wykorzystany do aplikacji trwałych powłok nanometrycznych. Podczas testów powłoka z 2DPA-1 o grubości zaledwie 60 nm zwiększyła trwałość kryształów perowskitu o kilka tygodni, co otwiera możliwość zastosowania prezentowanego materiału jako powłoki, wydłużającej cykl życia paneli fotowoltaicznych. Przy użyciu tego typu powłok możliwe byłoby zabezpieczenie właściwie wszystkich struktur konstrukcyjnych i budowlanych, narażonych na działanie warunków atmosferycznych.
news.mit.edu
Ritt C.L., Quien M., Wei Z. et al.: A molecularly impermeable polymer from two-dimensional polyaramids, Nature 647, 383–389, 2025
