Forscher haben ein Material entwickelt, das dem Gewicht eines Elefanten standhält und seine ursprüngliche Form vollständig wiederherstellt, obwohl es zu 80% aus Wasser besteht.
Das weiche und dennoch starke Material, das von einem Team der Universität Cambridge entwickelt wurde, sieht aus und fühlt sich an wie ein matschiges Gelee, wirkt aber trotz seines hohen Wassergehalts wie ein ultrahartes, bruchsicheres Glas, wenn es komprimiert wird.
Das Netzwerk von Polymeren im Nicht-Wasser-Teil des Materials wird durch Ein / Aus-Wechselwirkungen zusammengehalten. Dies ist das erste Mal, dass eine solche Kompressionsbeständigkeit in ein weiches Material eingearbeitet wurde.
Das ‚Super Jelly‘ könnte für eine breite Palette von Anwendungen verwendet werden, einschließlich weicher Robotik, Bioelektronik oder sogar als Knorpelersatz für biomedizinische Zwecke. Die Ergebnisse werden in einer Zeitschrift berichtet.
Das Verhalten von Materialien hängt von ihrer Struktur ab. Es ist eine Herausforderung, dehnbare, gummiartige Hydrogele herzustellen, die das Komprimieren überleben können, ohne zerkleinert zu werden.
Die Universität von Cambridge hat einen Kredit.
Der Erstautor der Studie sagte, dass Vernetzer verwendet werden, um Materialien mit mechanischen Eigenschaften herzustellen. Es ist schwierig, ein hartes und komprimierbares Hydrogel unter Verwendung von Vernetzern herzustellen, aber es ist auch nicht intuitiv, ein Material mit diesen Eigenschaften zu entwerfen.
Das Forschungsteam verwendete ein tonnenförmiges Molekül namens Cucurbiturils, um ein Hydrogel herzustellen, das Kompression verträgt. Das vernetzende Molekül wird Cucurbituril genannt, weil es zwei Gastmoleküle in seinem Mund hält. Die Forscher entwarfen Gastmoleküle, die es vorziehen, länger als normal im Hohlraum zu bleiben, wodurch das Netzwerk eng miteinander verbunden bleibt und die Kompression übersteht.
„Man würde denken, dass es bei 80% Wassergehalt auseinanderbrechen würde, aber es tut es nicht: Es bleibt intakt und ist resistent gegen enorme Druckkräfte“, sagte der Direktor des Melville Laboratory for Polymer Synthesis der Universität. Die Eigenschaften des Hydrogels sind nicht kompatibel.
Die Art und Weise, wie das Hydrogel der Kompression widerstehen kann, war überraschend, sagte Co-Autor Dr. Jade McCune, ebenfalls vom Department of Chemistry. Die chemische Struktur des Gastmoleküls in der Handschelle könnte geändert werden, um die Stärke zu ändern.
Das Team stellte seine glasartigen Hydrogele mit diesem Molekül her. Die mechanische Leistung des endgültigen Hydrogels reichte von gummiartigen bis zu glasartigen Zuständen, wobei die mechanische Leistung der endgültigen Handschellen die Veränderung der Molekülstruktur innerhalb der Handschelle ermöglichte, dass sich die Dynamik des Materials erheblich verlangsamte.
Kredit: Zehuan Huang.
„Die Leute haben Jahre damit verbracht, gummiartige Hydrogele herzustellen, aber das ist nur ein Teil des Bildes“, sagte er. Es wurde eine neue Materialklasse geschaffen, die die gesamte Bandbreite der Materialeigenschaften von gummiartig bis glasartig umfasst.
Die Forscher verwendeten das Material, um einen Drucksensor für die Echtzeitüberwachung menschlicher Bewegungen herzustellen.
Dies ist das erste Mal, dass glasartige Hydrogele hergestellt wurden. Wir schlagen ein neues Kapitel im Bereich der leistungsstarken weichen Materialien auf, indem wir etwas Neues in die Lehrbücher schreiben.
Forscher des Labors arbeiten mit Experten aus Technik und Materialwissenschaften zusammen, um glasähnliche Materialien zu entwickeln, die in der Bioelektronik verwendet werden können. Die Forschung wurde von zwei Organisationen finanziert.
Nature Materials hat mehr Informationen über hochkompressible glasähnliche supramolekulare Polymernetzwerke. Es ist ein DOI: 10.1038/s41563-021-01124-x.
Nature Materials Journal-Informationen.
„Super Jelly“ kann überleben, von einem Auto überfahren zu werden.
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