Het huidige polyaramide, voluit poly-p-fenyleentereftalamide, bestaat uit lineaire 1D-ketenmoleculen. Teijin Aramid maakt er 3D-bundels van die worden verkocht als supersterk vezelmateriaal onder de merknaam Twaron. Het – vooralsnog imaginaire – ‘grafamide’ (rechts op de afbeelding) zou moeten bestaan uit een netwerk van één molecuul dik, opgebouwd uit bouwstenen die lijken op die van polyaramide maar met zes functionele groepen in plaats van twee. Door grote aantallen van deze 2D-velletjes op elkaar te leggen, met waterstofbruggen als bindmiddel, maak je een praktisch bruikbaar 3D-materiaal. Waterstofbruggen hebben tevens een stabiliserende werking op de elektronenwolk rond de moleculen, en daarin zou de extreem hoge temperatuurbestendigheid moeten schuilen.

Om dit effect te kwantificeren werkte een lab van het Amerikaanse leger samen met associate professor Steve Lustig. Die is sinds 2016 verbonden aan Northeastern University in Boston (Massachusetts, VS). Voor die tijd deed hij onderzoek bij DuPont; hij spreekt dus niet van Twaron maar van het chemisch identieke materiaal Kevlar.

Het project leverde een algoritme op dat thermische stabiliteit voorspelt met een combinatie van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) en ab initio molecular dynamics. Voor klassieke polyaramidevezels (links op de afbeelding) komen de voorspellingen goed overeen met de werkelijkheid. Dat geldt ook voor een 2D-covalent organic framework op amidebasis (amCOF, midden), een 2D-variatie op polyaramide waarmee wél enige praktijkervaring is opgedaan. Voor grafamide zou het dus ook kunnen kloppen.

Uiteindelijk hoopt de US Army, nu al grootverbruiker van aramidevezels, grafamide en aanverwante 2D-materialen te kunnen verwerken in beschermende kleding voor militairen. Lustig, zoon van een beroepsmilitair, zegt in een persbericht dat hij dat een prima idee vindt.