Et formskiftende materiale baseret på uorganisk stof

Ved at indlejre titanium-baserede plader i vand, en gruppe ledet af forskere fra RIKEN Center for Emergent Matter Science har skabt et materiale ved hjælp af uorganiske materialer, der kan omdannes fra en hård gel til blødt stof ved hjælp af temperaturændringer.

Science fiction indeholder ofte uorganiske livsformer, men i virkeligheden, organismer og enheder, der reagerer på stimuli såsom temperaturændringer, er næsten altid baseret på organiske materialer, og dermed, forskning inden for "adaptive materialer" har næsten udelukkende fokuseret på organiske stoffer. Imidlertid, der er fordele ved at bruge uorganiske materialer såsom metaller, herunder potentielt bedre mekaniske egenskaber.

I betragtning af dette, den RIKEN-ledede gruppe besluttede at forsøge at genskabe adfærden udvist af organiske hydrogeler, men ved hjælp af uorganiske materialer. Inspirationen til materialet kommer fra et vandlevende væsen kaldet en havagurk. Havagurker er fascinerende dyr, relateret til søstjerner (men ikke til agurker!) - der har evnen til at forvandle deres hud fra et hårdt lag til en slags gelé, giver dem mulighed for at smide deres indre organer ud - som i sidste ende vokser igen - for at flygte fra rovdyr. I tilfældet med havagurker, kemikalier frigivet af deres nervesystemer udløser ændringen i konfigurationen af ​​et protein stillads, skabe ændringen.

At lave det, forskerne eksperimenterede med at arrangere nanoplader - tynde plader af titaniumoxid i dette tilfælde - i vand, hvor nanoarkene udgør 14 procent og vand 86 procent af materialet efter vægt.

Ifølge Koki Sano fra RIKEN CEMS, avisens første forfatter, "Nøglen til, om et materiale er en blød hydrogel eller en hårdere gel, er baseret på balancen mellem tiltrækkende og frastødende kræfter blandt nanoarkene. Hvis de frastødende kræfter dominerer, det er blødere, men hvis de attraktive er stærke, arkene bliver låst ind i et tredimensionelt netværk, og det kan omarrangere til en hårdere gel. Ved at bruge finjusteret elektrostatisk frastødning, vi forsøgte at lave en gel, hvis egenskaber ville ændre sig afhængigt af temperaturen."

Gruppen havde i sidste ende succes med at gøre dette, fandt, at materialet ændrede sig fra en blødere frastødningsdomineret tilstand til en hårdere tiltrækningsdomineret tilstand ved en temperatur på omkring 55 grader. De fandt også ud af, at de kunne gentage processen gentagne gange uden væsentlig forringelse. "Hvad var fascinerende, " fortsætter han, "er, at denne overgangsproces er afsluttet inden for blot to sekunder, selvom den kræver en stor strukturel omlægning. Denne overgang er ledsaget af en 23-fold ændring i gelens mekaniske elasticitet, minder om havagurker."

For at gøre materialet mere nyttigt, De dopede det derefter med guld nanopartikler, der kunne omdanne lys til varme, giver dem mulighed for at skinne laserlys på materialet for at varme det op og ændre strukturen.

Ifølge Yasuhiro Ishida fra RIKEN CEMS, en af ​​de tilsvarende forfattere af papiret, "Dette er virkelig spændende arbejde, da det i høj grad åbner omfanget af stof, der kan bruges i næste generations adaptive materialer, og kan endda tillade os at skabe en form for uorganisk liv."