《自然》：麻省理工造出革命性材料，比塑料还轻，比钢还要硬

《⾃然》：⿇省理⼯造出⾰命性材料，⽐塑料还轻，⽐钢还要硬

想象这样⼀种材料，⽐钢还硬⼀倍，但重量却只有钢的六分之⼀，并且还可以很容易地⼤

规模⽣产出来。你⼀定会说，这当然是⼀种⾰命性的材料，可以彻底改变世界，然⽽这只是⼀

种理想的材料，现实中完全不可能。

但你可能要⼤跌眼镜了，《⾃然》杂志2⽉2⽇发表了⼀项研究，美国⿇省理⼯学院的研究

⼈员已经制造出了这种“不可能”的材料，并且申请了两项专利。

这项研究来⾃⿇省理⼯学院化学⼯程教授迈克尔·斯特拉诺（Michael Strano）领导的团

队，第⼀作者是博⼠后曾⽟伟（Yuwen Zeng）。

这种材料被命名为2DPA-1，是⼀种⼆维聚合物，可以⾃我组装成⽚状，从⽽形成了极其坚

固的，⽐钢还强，和塑料⼀样轻的轻质材料。

聚合物也就是我们所称的塑料、塑胶等⾼分⼦材料，这些材料具有⾮常⼤的分⼦量，分⼦

间由共价键将单体连接在⼀起，通过在末端添加新的分⼦⽽成长。⼀旦形成，聚合物可以通过

注塑成型制造成三维物体，例如⽔瓶等。

此前聚合物被认为只能形成⼀维的，像意⼤利⾯条⼀样的链状结构，但⾼分⼦科学家也⼀

直设想，能够通过某种⽅式诱导其⽣长为⼆维⽚材，从⽽带来强度上的极⼤提⾼，但密度仍然

保持聚合物的低密度。

然⽽研究进⾏了⼏⼗年，所有的努⼒都失败了，因为科学家们发现，只要有⼀个单体向上

或向下旋转，离开了⽣长⽚材的平⾯，材料就会在三维空间膨胀，从⽽导致⽚状结构的消失。

科学家们因⽽得出⼀个令⼈⽆奈的结论，这种材料是不可能实现的。

⿇省理⼯的研究⼈员使⽤了⼀种叫做三聚氰胺的化合物——没错，就是前些年⽜奶⾥添加

的那种臭名昭著的害⼈物质，这种物质含有碳和氮环的结构。

科学家们发现，在适当的条件下，这些单体可以在⼆维上⽣长，形成圆盘，相互堆叠，由

各层之间的氢键固定在⼀起，结构变得⾮常稳定和牢固，从⽽⽣成了⼀种被称为聚酰胺的⼆维

⽚材。

斯特拉诺形容说，他们不是在做⼀个意⼤利⾯条般的分⼦，⽽是⽚状的分⼦平⾯，让分⼦

在⼆维上把⾃⼰勾在⼀起，这种机制可以在溶液中⾃发地发⽣，从⽽很容易地旋涂薄膜，⽽这

种薄膜特别的坚固。正是因为它可以在溶液中⾃组装，因⽽可以通过简单地增加起始材料的数

量，⼤量制造⾮常坚固但极薄的材料。

科学家们的研究表明，这种材料的弹性模量⽐防弹玻璃⼤4到6倍，其屈服强度，也就是打

破材料所需的⼒量，是钢材的两倍，但密度只有钢材的六分之⼀。

2DPA-1还有⼀个特点，那就是聚合物由单体制成，像乐⾼积⽊⼀样锁在⼀起，⽓体⽆法渗

透，因⽽可以制成超薄的涂层，完全阻⽌⽔和⽓体通过。

科学家们认为，这种⾼强度的轻质材料，可⽤于⼿机、汽车零件的轻质耐⽤涂层，也可⽤

于桥梁及其他结构作为建筑材料。当然，更⼴泛的⽤途将在量产后得到⼤量开发，毕竟⼀种⽐

钢还强⼀倍，但重量只有六分之⼀，还很容易制造的材料，其未来是不可限量的。

这项研究发表在2⽉2⽇《⾃然》杂志上，标题是：

Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material