Et frastødende materiale:Nye hydrogelegenskaber domineret af elektrostatisk frastødning

I en verdens første præstation, forskere fra RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan, sammen med kolleger fra National Institute of Material Science og University of Tokyo, har udviklet en ny hydrogel, hvis egenskaber domineres af elektrostatisk frastødning, frem for attraktive interaktioner.

Ifølge Yasuhiro Ishida, leder af Emergent Bioinspired Soft Matter Research Team, arbejdet begyndte fra en hemmelig opdagelse, at når titanat nano-ark suspenderes i en vandig kolloid dispersion, de retter sig ansigt til ansigt i et plan, når de udsættes for et stærkt magnetfelt. Feltet maksimerer den elektrostatiske frastødning mellem dem og lokker dem til en kvasi-krystallinsk struktur. De orienterer sig naturligvis ansigt til ansigt, adskilt af de elektrostatiske kræfter mellem dem.

For at skabe det nye materiale, forskerne brugte den nyopdagede metode til at arrangere lag af arkene i et plan, og når arkene var justeret i planet, fikseret den magnetisk inducerede strukturelle orden ved at transformere dispersionen til en hydrogel ved hjælp af en procedure kaldet lysudløst in-situ vinylpolymerisation. I det væsentlige, lyspulser bruges til at størkne den vandige opløsning til en hydrogel, så arkene ikke længere kunne bevæge sig.

Ved at gøre dette, de skabte et materiale, hvis egenskaber domineres af elektrostatisk frastødning, den samme kraft, der får vores hår til at stå slut, når vi rører en varevogn.

Indtil nu, menneskeskabte materialer har ikke udnyttet dette fænomen, men naturen har. Brusk skylder sin evne til at tillade praktisk talt gnidningsfri mekanisk bevægelse inden for led, selv under høj kompression, til de elektrostatiske kræfter inde i den. Elektrostatiske afstødningskræfter bruges forskellige steder, såsom maglev -tog, køretøjssuspensioner og lejer uden kontakt men indtil nu, materialedesign har overvejende fokuseret på attraktive interaktioner.

Det resulterende nye materiale, som indeholder det første eksempel på ladede uorganiske strukturer, der justerer co-facially i en magnetisk flux, har interessante egenskaber. Det deformeres let, når forskydningskræfter påføres parallelt med de indlejrede nano-ark, men modstår kraftigt trykkræfter påført ortogonalt.

Ifølge Ishida, "Dette var en overraskende opdagelse, men en, som naturen allerede har gjort brug af. Vi forventer, at konceptet med at indlejre anisotropisk frastødende elektrostatik i et kompositmateriale, baseret på inspiration fra ledbrusk, åbner nye muligheder for at udvikle bløde materialer med usædvanlige funktioner. Sådanne materialer kan i fremtiden bruges på forskellige områder fra regenerativ medicin til præcis maskinteknik, ved at tillade skabelse af kunstigt brusk, anti-vibrationsmaterialer og andre materialer, der kræver modstand mod deformation i et plan. "