Unikke dendritiske klæbrige partikler dannet ved at udnytte flydende kaos

Ny forskning fra North Carolina State University viser, at unikke materialer med særskilte egenskaber svarende til gekkoføddernes - evnen til at holde sig til stort set enhver overflade - kan skabes ved at udnytte væskedrevet kaos til at producere bløde polymermikropartikler med hierarkisk forgrening på mikro- og nanoskala.

Fundene, beskrevet i journalen Naturmaterialer , besidde potentialet for fremskridt inden for geler, pastaer, fødevarer, fiberdug og belægninger, blandt andre formuleringer.

De bløde dendritiske partikelmaterialer med unikke klæbende og strukturopbyggende egenskaber kan skabes af en række forskellige polymerer udfældet fra opløsninger under særlige forhold, siger Orlin Velev, S. Frank og Doris Culberson Fremragende professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved NC State og tilsvarende forfatter til papiret.

"Vi bruger 'flydende' nanofremstilling til at omdanne de fleste polymerer til forgrenede partikler efter at have opløst polymeren og blandet opløsningen hurtigt med en anden væske, " sagde han. "Denne hurtige blanding i turbulent flow skaber forgrenede partikler organiseret på en hierarkisk måde."

De tyndeste grene, der omgiver disse partikler, danner en korona af nanofibre, Velev tilføjede, der fordeler deres klæbrighed ved molekylære tiltrækningskræfter kendt som van der Waals kræfter.

Det nye materiale er unikt ikke kun i sin struktur, men også i måden det er fremstillet på.

"Brugen af ​​turbulent flow er normalt ikke kendt som en måde at fremstille organiserede strukturer på, " sagde Velev. "Her, vi bruger denne iboende kaotiske proces til at skabe hierarkiske strukturer."

Den flydende proces, der bruges til at skabe disse materialer, fungerer med mange typer polymerer og er generelt effektiv og billig. Velev tilføjede, at fremstillingsprocessen nemt kan skaleres op til at producere store mængder af det bløde nanomateriale, hvilket ofte er en udfordring for at lave materialer på mikro- og nanoskala.

Fremtidig forskning i Velevs laboratorium vil forsøge at detaljere det grundlæggende bag dette overraskende fund. Forskning vil også undersøge de forskellige typer polymer- og biopolymermaterialer, der kan skabes ved hjælp af processen, inklusive belægninger og plader, der tiltrækker eller afviser vand, for eksempel, eller cellestilladser og 3-D printpastaer. NC State har indgivet patent på de nye bløde dendritiske materialer og processen til at skabe dem.

"Dette arbejde er en illustration af, hvordan grundlæggende og anvendt videnskab kan arbejde synergistisk, " sagde Simeon Stoyanov, en forskningssamarbejdspartner og medforfatter til papiret. "Vi startede med grundlæggende videnskabelige resultater, og mens vi undersøgte dem, fandt vi mange nye anvendelser såsom super-klæbemidler og belægninger, hvilket igen bragte nye grundlæggende spørgsmål vedrørende deres egenskaber."