Nové „sklovité gélové“ materiály sú zvláštne pevné, pružné a lepkavé
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 3. 7. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Gély a sklo sú na opačných koncoch materiálového spektra, ale inžinieri zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne vyvinuli novú triedu nazývanú ako „sklovité gély“, ktoré sú silné a flexibilné, ako aj lepkavé a samoregeneratívne.
Sklovité polyméry sú plasty vyrobené tak, aby mali vlastnosti ako sklo. Sú pevné, tvrdé a tuhé, ale zvyčajne aj krehké a lámu sa, ak sa ich pokúsite ohnúť alebo natiahnuť. Gély sú na druhej strane mäkké a pružné, ale aj slabé. Tím zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne teraz vyvinul nový materiál, ktorý spája to najlepšie z oboch svetov.
„Vytvorili sme triedu materiálov, ktoré sme nazvali ako sklovité gély. Sú tvrdé ako sklovité polyméry, ale – ak použijete dostatočnú silu – sa môžu natiahnuť až päťkrát oproti pôvodnej dĺžke, namiesto toho, aby sa zlomili,“ povedal Michael Dickey, zodpovedajúci autor štúdie. „A čo viac, akonáhle je materiál natiahnutý, môžete ho vrátiť do pôvodného tvaru pôsobením tepla. Okrem toho je povrch sklovitých gélov vysoko priľnavý, čo je pri tvrdých materiáloch neobvyklé.“
Na výrobu sklovitých gélov tím spojil tekuté prekurzorové molekuly sklovitých polymérov s iónovou kvapalinou. Zmes sa potom naleje do formy a pred vybratím z formy sa vystaví UV žiareniu, aby sa vytvrdila. Táto iónová kvapalina pôsobí ako rozpúšťadlo, čo dáva materiálu silu skiel aj gélov.
„Normálne, keď do polyméru pridáte rozpúšťadlo, rozpúšťadlo roztlačí polymérne reťazce, čím sa polymér stane mäkkým a roztiahnuteľným,“ povedal Dickey. „V sklovitých géloch rozpúšťadlo tlačí molekulárne reťazce v polyméri od seba, čo umožňuje, aby bol roztiahnuteľný ako gél. Ióny v rozpúšťadle sú však silne priťahované k polyméru, čo zabraňuje pohybu polymérnych reťazcov. Neschopnosť reťazí sa pohybovať je to, čo ho robí sklovitým. Konečným výsledkom je, že materiál je tvrdý kvôli príťažlivým silám, ale stále je schopný sa roztiahnuť kvôli extra miestu.“
Aj keď majú viac ako 54 % hmotnosti kvapalinu, zistilo sa, že tieto sklovité gély majú pevnosť v lomu 42 MPa, húževnatosť 110 MJ m-3, medzu klzu 73 MPa a Youngov modul 1 GPa. Tieto štatistiky sú podobné termoplastom, ako je polyetylén, tvrdí tím, ale na rozdiel od týchto materiálov môžu byť tiež natiahnuté až na päťnásobok pôvodnej dĺžky.
Medzi ďalšie výhody sklovitých gélov patrí ich schopnosť samoliečenia a návrat do pôvodného tvaru pôsobením trochu tepla. Ich vysoký obsah tekutín z nich tiež robí efektívnejšie elektrické vodiče a majú priľnavý povrch z dôvodov, ktoré nie sú tímu úplne jasné. Najužitočnejšie zo všetkého je, že tieto sklovité gély sa vyrábajú pomerne ľahko.
„Vytvorenie sklovitých gélov je jednoduchý proces, ktorý možno vykonať vytvrdením v akomkoľvek type formy alebo 3D tlačou,“ povedal Dickey. „Väčšina plastov s podobnými mechanickými vlastnosťami vyžaduje, aby výrobcovia vytvorili polymér ako surovinu a potom ho prepravili do iného zariadenia, kde sa polymér roztaví a vytvorí sa konečný produkt.“
Doteraz si výskumníci nie sú istí, aké druhy aplikácií môžu mať tieto sklovité gély, ale s takým zaujímavým zoznamom vlastností sa domnievajú, že nový materiál by sa nakoniec mohol ukázať ako veľmi užitočný. Výskum bol pritom nedávno publikovaný v magazíne Nature. Tím demonštruje svoje sklovité gély vo videu, ktoré si môžete pozrieť na začiatku článku alebo priamo TU.
