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06-18
塑料行业的“超级英雄”来了。
《自然》该杂志最近公布了一个被认为“不可能”的结果——麻省理工学院的科学家开发出一种名为2DPA-1的全新材料，其强度比防弹玻璃高4-6倍。
它的硬度是钢的两倍，但密度只有钢的1/6。
最令人惊讶的是，它只和普通塑料一样轻。
▲ 图片来自：Fastcompany 换句话说，极其坚固，又极其纤薄。
而且，也易??于大批量生产。
这意味着这种“超级塑料”已经离每个人都很近了。
材料科学的革命性进步正在给各行各业带来颠覆性的变化。
当然，它也涵盖了我们生活的方方面面。
让“超级塑料”用在手机上飞一会——作为轻质耐用的涂层，它可以让你的手机更加耐磨、防摔。
▲ 图片来自：Andrew Moore-Crispin 当它成为一种日常工具——我们平时使用的塑料袋可以制作成更多的拉链袋重复使用，它也比布袋和皮袋更耐用。
在包装一些特定物品时，您不必担心塑料袋被随意刺破。
▲ 图片来自：xxxlojel 当它用在汽车上时——作为制造汽车的材料，可以使汽车更轻、降低能耗、使用寿命更长。
作为屏障涂层，它可以保护汽车中的金属或钢结构，延长汽车的使用寿命。
由于其密度很小，气体无法渗透，这种阻隔涂层还可以变成“油漆”或工业涂料，涂在家里需要的物品上，防止其氧化、生锈、腐烂。
就像一道天然屏障。
这将是其首次也是最直接的商业应用。
▲ 图片来自：IAMSPEEDRUNNER 当用于建筑时——这种“超级塑料”比钢铁等材料具有更好的性能。
无论是建造桥梁还是建筑，都可以比以前减少材料的使用。
同时，制造这种材料比制造玻璃和钢铁更简单，可以减少更多的能源消耗和劳动力成本。
换句话说，它更加环保和可持续。
▲ 图片来自：CDMG 针对各行各业——它可以变成盾牌或防弹衣，让警察出行更轻松、更安全；在航空航天设备中，它还可以减轻重量并保证发射质量... ▲ 图片来自：《异星灾变》 可以想象，它强大的特性将会用在我们的衣食住行中更多的地方。
“超级塑料”是怎样炼成的？ “超级塑料”2DPA-1是一种二维聚合物。
到目前为止，聚合物通常只能形成一维结构。
我们日常使用的塑料、橡胶、玻璃都是聚合物。
它们本质上是单分子链，扁平且像意大利面条一样连接在一起。
当新的分子添加到它们的末端时，它们会像烤箱中的蛋糕一样生长和膨胀。
，就像变成了三维物体一样。
▲ 图片来自：SHUTTERSTOCK 这使得它们变得非常轻，但也暴露了一个弱点——分子之间存在间隙，气体可以通过。
这就是为什么当你把一袋辣条装进塑料袋时，从外面就能闻到里面诱人的香味。
几十年来，科学家一直试图研究二维聚合物，但未能成功。
因为只要有一个单体不按规则运动，开始来回旋转，片状结构就会被破坏，最终膨胀成“蓬松的蛋糕”。
这一次，麻省理工学院的Michael S. Strano教授和他的同事们终于突破了。
他们用一种化合物创造了这种新材料：三聚氰胺。
三聚氰胺具有碳环和氮环的结构。
单体可以二维生长，形成圆盘并相互堆叠。
层与层之间的氢键稳定连接，结构变得非常坚固。
就像所有的孩子在操场上坐成一排，手牵手，然后靠在一起，然后像乐高积木一样锁在一起，再也不会分开。
由此，新型二维聚合物诞生了。
这种高强度材料不仅很轻，而且还很硬，比钢还硬。
由于单体紧紧地锁在一起，无论是气体还是水分子都无法渗透，气密性非常强，这就是为什么它能起到天然屏障的作用，密不透风。
更令人惊奇的是，这些聚合物可以自行组装。
只需要一种解决方案，其中单体可以自行堆叠成片状，就可以直接合成更多的复合材料。
因此，可以大规模生产。
现在，研究人员已经开始研究涂层和膜的新应用，对结构调整的进一步研究也可能产生用于纳滤和气体分离的新一代聚合物。
“超级塑料”未来的应用前景不可限量。
我们正在等待什么样的“未来塑料”？现在，大家可能对塑料没有什么好印象。
插入海龟鼻孔的塑料吸管、空中数百年无法降解的塑料垃圾、无法回收、只能艰难重复使用的塑料制品、燃烧塑料产生的滚滚废气……数据显示如果塑料的生命周期是一个国家将成为世界第五大温室气体排放国；据联合国公布的数据，全球每年消耗1亿个塑料袋，每分钟售出1万个塑料瓶；如果我们不调整生产和使用塑料的方式，地球上将会有数亿吨塑料垃圾。
▲ 图片来自：SciTechDaily 所以最大的塑料污染公司可口可乐已经开始加大塑料回收力度，各种宣扬绿色环保的新消费品牌也开始让自己的供应链和产品变得更加可持续，甚至各大超市而便利店也开始“限塑”。
但为什么塑料如此难以摆脱是因为它很容易使用。
因此，问题需要从源头上解决。
已经有很多公司使用新材料来替代塑料。
Startup Ecovative 使用蘑菇作为包装材料，菌丝体可以生长成特定的尺寸和形状，同时也有利于降解和回收。
一直强调环保的Allbirds使用羊绒制作鞋子，回收瓶子制作鞋带，包装也换成了90%的回收纸板。
前年在伦敦举行的半程马拉松上，运动员在比赛中途直接吃了一种名为“Ooho”的“水气球胶囊”，因为包装不是塑料的，而是由海藻和植物成分制成的。
有些人甚至将鲑鱼精子的 DNA 链溶解在水中，形成柔软且可拉伸的“水凝胶”，研究小组称之为“DNA 塑料”。
“塑料替代品”是缓解问题的一种方式，但仍有很多地方是真正的塑料无法替代的。
所以在另一个赛道上，新的塑料也层出不穷。
大家比较熟悉的可能就是现在的生物降解塑料。
从“可生物降解”塑料的术语来看，大家普遍理解就是把塑料扔到地下，很快就会自动消失。
但实际上，它仍然需要足够的时间来降解，可能需要数百年。
这实际上没有多大意义，因为所有东西在一定时间内都可以生物降解。
▲ 可生物降解塑料。
图片来自：Dezeen 还有“可堆肥塑料”。
你可能会想，扔到土里它就会消失，而且还可以让土壤变得更有营养。
但实际上，它只适用于特殊的堆肥器。
即使这些塑料很容易获得，我们也无法将它们全部扔进相应的土壤中。
技术正在迅速发展。
去年，同样是在《自然》杂志上，科学家已经制造出了可以在几天或几周内降解的塑料。
旧金山湾区的一家初创公司还创造了名为 Intropic Materials 的“可堆肥塑料”，人们可以将其扔进盆栽植物中，然后在家中将其变成肥料。
▲ 图片来源：Adam Lau/Berkeley Engineering 随着这些塑料变得越来越普遍，我们可以毫无愧疚地扔掉它们。
前面提到的“超级塑料”可以应用到更多新的领域，甚至可以替代钢铁等材料。
让现有的塑料得到回收和消化，并使未来的塑料更快、更有效，需要一些时间和实践。
这场针对塑料的战争才刚刚开始。
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