Deltagelse i det ikke-sammenføjelige:Ny polymerlink-teknologi baseret på nanokrystaller udviklet

Har du nogensinde prøvet at male oven på silikone? Efter et par timer, malingen vil skrælle af. Irriterende. Silikone er en såkaldt lavoverfladenergipolymer, velkendt fra fleksible bageformer:Et syntetisk materiale, der har en ekstremt lav vedhæftning eller "klæbrighed". Teflon er på samme måde ikke-klæbrig og velkendt fra stegepander. Forskere ved Kiel University (Tyskland) har nu udviklet den første teknologi, der er i stand til at forbinde disse to "uforenelige" materialer. Teknologien anvender passive nanoskalerede krystallinkere som interne hæfteklammer. Nano -hæfteklammerne åbner op for løsninger på en lang række tekniske udfordringer, for eksempel inden for medicinsk teknik.

Arbejdet udført inden for DFG-finansieret Collaborative Research Center 677 "Function by Switching" blev offentliggjort i dag i det videnskabelige tidsskrift Avancerede materialer .

"Hvis nano -hæfteklammerne får selv ekstreme polymerer som teflon og silikone til at klæbe til hinanden, de kan slutte sig til alle slags andre plastmaterialer ", siger professor Rainer Adelung. Adelung leder den funktionelle nanomaterialegruppe ved Institute of Materials Science i Kiel og leder forskningsprojektet fra materialevidenskabssiden. Den nye teknologi til sammenføjning af materialer uden kemiske ændringer kan bruges, ifølge Adelung, i en række hverdagsliv og højteknologiske applikationer. Teknikken er let at bruge og kræver ikke dyrt udstyr eller materiale.

Linkerne er mikro- og nanoskalerede krystaller fremstillet af zinkoxid. De er formet som tetrapoder, hvor fire ben stikker ud fra oprindelsesstedet. Storskala tetrapoder er kendt for deres evne til at sammenlåse og danne stærke bindinger, for eksempel inden for kystsikring.

Under tilslutningsprocessen, zinkoxidkrystallerne drysses jævnt på et opvarmet lag teflon. Derefter, et lag silikone hældes ovenpå. For at slutte materialerne fast, de opvarmes derefter til 100 ° Celsius i mindre end en time. "Det er som at hæfte to ikke-klæbrige materialer indefra med krystallerne:Når de opvarmes, nanotetrapoderne mellem polymerlagene gennemborer materialerne, synke ned i dem, og få forankret ", forklarer Xin Jin, publikationens første forfatter, som i øjeblikket arbejder på sin ph.d. -afhandling. Hendes kollega og vejleder, Dr. Yogendra Kumar Mishra, forklarer klæbeprincippet:"Hvis du forsøger at trække en tetrapod ud på den ene arm fra et polymerlag, tetrapodens form får simpelthen tre arme til at grave dybere ind og holde fast endnu mere. "

I højteknologiske virksomheder som medicinsk teknik, der er en stærk efterspørgsel efter innovative måder at lave polymerer på, især silikone, holde sig til andre materialer, for eksempel at videreudvikle åndedrætsmasker, implantater eller sensorer. Medicinske applikationer kræver materialer, der er absolut ikke-skadelige, dvs. biokompatibel. Mange sammenføjningsmetoder involverer kemiske reaktioner, som kan ændre polymerernes egenskaber og kan forårsage skadelige eller endda toksiske virkninger på organismer. Hæftning af tetrapoder, tværtimod, er en rent mekanisk proces. Derfor antager Kiel -teamet, at det er biokompatibelt.

Med tetrapodklammerne, forskerne har opnået en klæbrighed-den såkaldte skrælstyrke-på 200 Newton pr. meter, som ligner at skrælle tape af glas. "Den klæbrighed, vi har opnået med nanotetrapoder, er bemærkelsesværdig, fordi så vidt vi kunne kontrollere, ingen har nogensinde fået silikone og teflon til at klæbe til hinanden overhovedet ", siger medforfatter Lars Heepe, Ph.d. -studerende fra Zoological Institute of Kiel University, der målte vedhæftningen præcist og beskrev hvordan det hæftede materiale ser ud i den mikroskopiske skala. "At måle vedhæftning kvantitativt er ikke så let som det ser ud, præcise eksperimenter skal udføres for at bevise linkers funktion og udelukke alle fejl ", siger professor Stanislav Gorb, leder gruppen Functional Morfology and Biomechanics.