比防彈玻璃強又超輕薄！新型「超級塑膠」可能影響你的手機、汽車、房子

塑膠界的「超級英雄」來了。

《自然》雜誌近日公佈了一項被認為「不可能」的成果——

麻省理工學院的科學家研發了一種全新的材料，名為2DPA-1，它比防彈玻璃還要強4-6倍，比鋼材還要硬兩倍，但密度只有鋼材的1/6。

最令人意外的是，它只有普通塑膠那麼輕。

也就是說，它極其堅固，又極其輕薄。

而且，它還很容易大批量生產。

這也就意味著，這種「超級塑膠」離每個人都很近。

材料科學的革命性進步，對於各行各業都是顛覆性的改變。自然，也涵蓋了我們生活的方方面面。

讓「超級塑膠」再飛一下

當它用在手機上——

作為輕質耐用塗層，它能讓你的手機更加地耐磨耐摔。

當它變成日常工具——

我們平時使用的塑膠袋，可以做成更多拉鍊式袋子反複利用，它還比布包、皮包都耐用。

在裝一些特定物品時，更不用擔心塑膠袋隨隨便便就被捅破了。

當它用在汽車上——

作為製造汽車的材料，它可以讓汽車更輕便，然後減少能耗，續航更久。

作為阻隔塗層，它可以保護汽車中的金屬或鋼結構，讓汽車更加地長壽。

因為它的密度非常小，氣體無法滲透，所以這種阻隔塗層還可以變成「油漆」或工業塗料，塗到家裡的有需要的物品上，防止它們氧化、生鏽、腐爛。

就像一道天然的屏障。

這將是它首先在商業上最直接的應用。

當它用在建築物上——

這種「超級塑膠」的性能優於鋼鐵等材料，無論是建橋樑還是建大樓，比起以往，都可以減少材料的使用。

同時，製造這種材料比製造玻璃和鋼鐵都更簡單，就能減少更多能源消耗和人力成本。

也就是說，更加環保可持續了。

當面向各行各業——

它可以變成盾牌、變成防彈衣，可以讓警察出行更輕鬆又更安全；在太空器材上，同樣可以減輕重量，又保證發射品質……

可以想像，它強大的特性，還將用到我們衣食住行更多地方。

「超級塑膠」是如何煉成的？

「超級塑膠」2DPA-1，是一種二維聚合物。

在此之前，聚合物通常都只能形成一維的結構。

我們日常的塑膠、橡膠、玻璃都是聚合物，它們本質上是單個分子鏈，就像意大利麵條一樣平坦連接在一起，當它們的末端不斷添加新分子，就會像烤箱裡的蛋糕一樣生長膨脹，就像然後變成三維的實物。

這讓它們可以很輕，但也暴露出了一個弱點——分子中間有間隙，氣體能通過。

這就是為什麼當你用塑膠袋裝一袋辣條時，也能從外面聞到裡面誘人的味道。

科學家們幾十年來不斷在嘗試研究二維聚合物，但都失敗了。

因為只要有一個單體不按規則活動，開始前後偏離左右旋轉，那麼片狀結構就會被破壞，最後又會膨脹成一個「蓬鬆的蛋糕」。

這次，麻省理工的Michael S. Strano教授和他的同事們終於打破了局限。

他們通過一種化合物：三聚氰胺，創造出了這種新材料。

三聚氰胺有碳和氮環的結構，單體可以在二維上生長，形成圓盤，相互堆疊，各層之間的氫鍵穩定相連，結構就變得非常牢固。

就像操場上所有孩子排排坐，手拉手，然後靠在一起，又像樂高積木一樣緊緊鎖合，再也分不開。

於是，新的二維聚合物就誕生了。

這種高強度的材料不僅非常輕，還非常硬，比鋼還硬。

因為單體牢牢鎖在一起，所以氣體和水分子都無法穿透，密閉性非常強，這也是為什麼它能作為天然的屏障，密不透風。

再令人驚奇的是，這些聚合物會自行組裝。

只需要溶液，單體就可以在其中自行堆疊成片狀，人們可以直接合成更多複合材料。

所以，它就能被大規模製造。
現在，研究人員已經在進行塗料和膜的新應用，當進一步研究結構調整，還可以生產納米過濾、氣體分離的新一代聚合物。

「超級塑膠」未來的應用不可限量。

我們在等待怎樣的「未來塑膠」？

現在，大家對塑膠的印象可能都不太好。

插在海龜鼻孔裡的塑膠吸管、漫天幾百年都無法分解的塑膠垃圾、無法回收只能艱難再利用的塑膠製品、焚燒塑膠產生的滾滾廢氣……

有數據表明：

如果塑膠的生命週期是一個國家，它將成為世界第5大溫室氣體排放國；
據聯合國公佈的數據，全球每年消耗5000億個塑膠袋，每分鐘賣出100萬個塑膠瓶；
如果不調整我們生產使用塑膠的方式，2050年地球將會有120億噸塑膠垃圾。

所以上到最大的塑膠污染公司可口可樂，開始加大塑膠可回收力度，下到各類提倡綠色環保的新消費品牌，開始從供應鏈到產品都更可持續，甚至各大超市和便利店都開始「限塑」。

但塑膠為什麼難擺脫，就是因為它的確太好用了。

所以，需要從源頭上來解決問題。

已經有很多公司在用新的材料來取代塑膠。

初創公司Ecovative用蘑菇來做包裝材料，其中的菌絲體可以生長成特定大小和形狀，還有利於分解和循環。

一直強調環保的Allbirds用羊絨做鞋子，用回收瓶做鞋帶，包裝也換成了90％的再生紙板。

前年倫敦舉辦的半馬馬拉松上，運動員半途直接吃一種名為「Ooho」的「水球膠囊」，因為包裝不是塑膠，而是用海藻和植物成分做成。

甚至還有人將鮭魚精子的DNA鏈溶解在水中，形成的一種柔軟可延展的「水凝膠」，團隊稱之為「DNA塑膠」。

「塑膠替代品」是一種緩解的方式，但還有很多真塑膠無法被替代的地方。

於是在另一條賽道上，新型塑膠也層出不窮地誕生。

大家比較熟知的，可能是現在的可生物分解塑膠。

「可生物分解」的塑膠，從術語上來看，大家一般都會理解為把塑膠扔在土地裡，不久後它就會自動消失。

但實際上，它仍需要足夠的時間分解，這個時間可能是數百年。

這樣意義其實就不大了，畢竟在某個時間段內，一切都可生物分解。

還有「可堆肥塑膠」，大家可能認為丟土裡它就能消失，還能讓土壤剛有營養。

但實際上，只有在特殊的堆肥機中，它才有效。而就算這種塑膠隨時可用，我們也不可能把它們都丟進匹配的土裡。

技術正在快速進步。

去年同樣在《自然》雜誌上，已經有科學家製造出了能在幾天或幾週內分解的塑膠。

舊金山灣區的一家初創公司也製造出了名為Intropic Materials的「可堆肥塑膠」，能讓人們在家裡就能把它扔盆栽、變肥料。

這些塑膠普及後，我們就可以毫不內疚地扔掉它們。

而前面提到的「超級塑膠」，可以應用到更多新的領域，甚至替代鋼材和其他材料。

讓現有的塑膠被回收、被消解，讓未來的塑膠更快來、有實效，還需要一點時間和實踐。
這一場塑膠戰，才剛剛開始。

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