新型「超級塑料」來了，你的手機、汽車、房子可能都被影響
塑料界的「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，它只有普通塑料那麼輕。
▲ 圖片來自：Fastcompany
也就是説，它極其堅固，又極其輕薄。
而且，它還很容易大批量生產。
這也就意味着，這種「超級塑料」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「超級塑料」再飛一會
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。
▲ 圖片來自：Andrew Moore-Crispin
當它變成日常工具——
我們平時使用的塑料袋，可以做成更多拉鍊式袋子反覆利用，它還比布包、皮包都耐用。
在裝一些特定物品時，更不用擔心塑料袋隨隨便便就被捅破了。
▲ 圖片來自：xxxlojel
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，塗到家裏的有需要的物品上， 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。
▲ 圖片來自：IAMSPEEDRUNNER
當它用在建築物上——
這種「超級塑料」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。
也就是説，更加環保可持續了。
▲ 圖片來自：CDMG
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；在航天器材上，同樣可以減輕重量，又保證發射質量……
▲ 圖片來自：《異星災變》
可以想象，它強大的特性，還將用到我們衣食住行更多地方。
「超級塑料」是如何煉成的？
「超級塑料」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。
我們日常的塑料、橡膠、玻璃都是聚合物，它們本質上是單個分子鏈，就像意大利麪條一樣平坦連接在一起，當它們的末端不斷添加新分子，就會像烤箱裏的蛋糕一樣生長膨脹，就像然後變成三維的實物。
▲ 圖片來自：SHUTTERSTOCK
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料袋裝一袋辣條時，也能從外面聞到裏面誘人的味道。
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。
「超級塑料」未來的應用不可限量。
我們在等待怎樣的「未來塑料」？
現在，大家對塑料的印象可能都不太好。
插在海龜鼻孔裏的塑料吸管、漫天幾百年都無法降解的塑料垃圾、無法回收只能艱難再利用的塑料製品、焚燒塑料產生的滾滾廢氣……
有數據表明：
▲ 圖片來自：SciTechDaily
所以上到最大的塑料污染公司可口可樂，開始加大塑料可回收力度，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」。
但塑料為什麼難擺脱，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料。
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，還有利於降解和循環。
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。
前年倫敦舉辦的半程馬拉松上，運動員半途直接吃一種名為「Ooho」的「水球膠囊」，因為包裝不是塑料，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 塑料」。
「塑料替代品」是一種緩解的方式，但還有很多真塑料無法被替代的地方。
於是在另一條賽道上，新型塑料也層出不窮地誕生。
大家比較熟知的，可能是現在的可生物降解塑料。
「可生物降解」的塑料，從術語上來看，大家一般都會理解為把塑料扔在土地裏，不久後它就會自動消失。
但實際上，它仍需要足夠的時間降解，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，一切都可生物降解。
▲ 可生物降解塑料. 圖片來自：Dezeen
還有「可堆肥塑料」，大家可能認為丟土裏它就能消失，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。而就算這種塑料隨時可用，我們也不可能把它們都丟進匹配的土裏。
技術正在快速進步。
去年同樣在《自然》雜誌上，已經有科學家制造出了能在幾天或幾周內降解的塑料。
舊金山灣區的一家初創公司也製造出了名為 Intropic Materials 的「可堆肥塑料」，能讓人們在家裏就能把它扔盆栽、變肥料。
▲ 圖片來自：Adam Lau/伯克利工程
這些塑料普及後，我們就可以毫不內疚地扔掉它們。
而前面提到的「超級塑料」，可以應用到更多新的領域，甚至替代鋼材和其他材料。
讓現有的塑料被回收、被消解，讓未來的塑料更快來、有實效，還需要一點時間和實踐。
這一場塑料戰，才剛剛開始。
題圖來自：《異星災變》
資料來源：愛範兒（ifanr）
《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，它只有普通塑料那麼輕。
▲ 圖片來自：Fastcompany
也就是説，它極其堅固，又極其輕薄。
而且，它還很容易大批量生產。
這也就意味着，這種「超級塑料」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「超級塑料」再飛一會
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。
▲ 圖片來自：Andrew Moore-Crispin
當它變成日常工具——
我們平時使用的塑料袋，可以做成更多拉鍊式袋子反覆利用，它還比布包、皮包都耐用。
在裝一些特定物品時，更不用擔心塑料袋隨隨便便就被捅破了。
▲ 圖片來自：xxxlojel
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，塗到家裏的有需要的物品上， 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。
▲ 圖片來自：IAMSPEEDRUNNER
當它用在建築物上——
這種「超級塑料」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。
也就是説，更加環保可持續了。
▲ 圖片來自：CDMG
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；在航天器材上，同樣可以減輕重量，又保證發射質量……
▲ 圖片來自：《異星災變》
可以想象，它強大的特性，還將用到我們衣食住行更多地方。
「超級塑料」是如何煉成的？
「超級塑料」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。
我們日常的塑料、橡膠、玻璃都是聚合物，它們本質上是單個分子鏈，就像意大利麪條一樣平坦連接在一起，當它們的末端不斷添加新分子，就會像烤箱裏的蛋糕一樣生長膨脹，就像然後變成三維的實物。
▲ 圖片來自：SHUTTERSTOCK
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料袋裝一袋辣條時，也能從外面聞到裏面誘人的味道。
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。
「超級塑料」未來的應用不可限量。
我們在等待怎樣的「未來塑料」？
現在，大家對塑料的印象可能都不太好。
插在海龜鼻孔裏的塑料吸管、漫天幾百年都無法降解的塑料垃圾、無法回收只能艱難再利用的塑料製品、焚燒塑料產生的滾滾廢氣……
有數據表明：
- 如果塑料的生命週期是一個國家，它將成為世界第 5 大温室氣體排放國；
- 據聯合國公佈的數據，全球每年消耗 5000 億個塑料袋，每分鐘賣出 100 萬個塑料瓶；
- 如果不調整我們生產使用塑料的方式，2050 年地球將會有 120 億噸塑料垃圾。
▲ 圖片來自：SciTechDaily
所以上到最大的塑料污染公司可口可樂，開始加大塑料可回收力度，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」。
但塑料為什麼難擺脱，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料。
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，還有利於降解和循環。
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。
前年倫敦舉辦的半程馬拉松上，運動員半途直接吃一種名為「Ooho」的「水球膠囊」，因為包裝不是塑料，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 塑料」。
「塑料替代品」是一種緩解的方式，但還有很多真塑料無法被替代的地方。
於是在另一條賽道上，新型塑料也層出不窮地誕生。
大家比較熟知的，可能是現在的可生物降解塑料。
「可生物降解」的塑料，從術語上來看，大家一般都會理解為把塑料扔在土地裏，不久後它就會自動消失。
但實際上，它仍需要足夠的時間降解，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，一切都可生物降解。
▲ 可生物降解塑料. 圖片來自：Dezeen
還有「可堆肥塑料」，大家可能認為丟土裏它就能消失，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。而就算這種塑料隨時可用，我們也不可能把它們都丟進匹配的土裏。
技術正在快速進步。
去年同樣在《自然》雜誌上，已經有科學家制造出了能在幾天或幾周內降解的塑料。
舊金山灣區的一家初創公司也製造出了名為 Intropic Materials 的「可堆肥塑料」，能讓人們在家裏就能把它扔盆栽、變肥料。
▲ 圖片來自：Adam Lau/伯克利工程
這些塑料普及後，我們就可以毫不內疚地扔掉它們。
而前面提到的「超級塑料」，可以應用到更多新的領域，甚至替代鋼材和其他材料。
讓現有的塑料被回收、被消解，讓未來的塑料更快來、有實效，還需要一點時間和實踐。
這一場塑料戰，才剛剛開始。
題圖來自：《異星災變》
資料來源：愛範兒（ifanr）