Náhodou odhalený sklovitý gel je novou třídou materiálu, který se umí sám opravit

Vědci díky náhodnému objevu vytvořili novou třídu materiálů zvaných „sklovité gely“, které jsou napůl tekuté, ale těžko se rozbíjejí. Díky svým překvapivým vlastnostem jsou tyto gely pružné, podivně přilnavé a po proříznutí se samy zacelují, takže je lze využít v širší škále aplikací než běžně používané plasty, které jsou buď tvrdé a křehké, nebo měkké a snadno se trhají.

„Vytvořili jsme třídu materiálů, které jsme nazvali sklovité gely, které jsou stejně tvrdé jako sklovité polymery, ale pokud na ně působíte dostatečnou silou, mohou se roztáhnout až na pětinásobek své původní délky, místo aby se rozbily,“ říká Michael Dickey, materiálový vědec ze Severokarolínské státní univerzity (NCSU).

Ale stejně jako u mnoha jiných náhodných vědeckých objevů nebylo nikdy cílem vytvořit zcela novou třídu subtransmiterů, říká Dickey. „Na tyto zajímavé materiály jsme narazili,“ říká, když výzkumník NCSU Meixiang Wang experimentoval s ionogely, materiály z polymeru napuštěného iontovou kapalinou, která vede elektřinu.

Wang se snažil vyrobit natahovací, nositelná zařízení, která by se dala použít v tlakovém senzoru, jiných lékařských přístrojích nebo v robotice. Změnou složení Wang vytvořil gel, který nejprve vypadal jako „všední kus průhledného, ohebného plastu“, než testy ukázaly, že je velmi tvrdý, ale ne křehký jako jiné běžné plasty.

„Jakmile jsme si uvědomili, že mají pozoruhodné vlastnosti, vrhli jsme se do jejich lepšího pochopení,“ říká Dickey. Sklovité gely se vyrábějí pomocí iontové kapaliny, která je podobná vodě, ale je tvořena výhradně nabitými částicemi, což jí umožňuje vést elektřinu. Po smíchání s polymerním prekurzorem kapalina tlačí polymerní řetězce od sebe, takže materiál je měkký a pružný. Současně jsou ionty silně přitahovány k polymerním řetězcům a brání jejich oddělení.

„Konečným výsledkem je, že materiál je díky přitažlivým silám tvrdý, ale díky dodatečnému rozestupu se stále dokáže roztahovat,“ vysvětluje Dickey. Sklovité gely nevysychají, přestože se skládají z 50 až 60 procent z kapaliny, a testy ukázaly, že mají „obrovskou“ pevnost v lomu a houževnatost. Materiál se také dokáže „sám zahojit“ a po rozříznutí se znovu zformovat a má jakousi paměť, která umožňuje nataženému gelu udržet si svůj tvar a teprve po zahřátí se smrsknout do původní podoby.

Ačkoli jsou tyto regenerační vlastnosti neobvyklé, nejsou nijak zvlášť nové, zejména u elastických gelových materiálů. Nedávno se vědcům podařil mnohem těžší úkol – vytvořit typicky tuhé materiály, jako jsou kovy, sklo, solární panely a beton, které se po prasknutí zacelí. Pokud by se takové materiály, schopné se při poškození samy opravit, dostaly na trh, mohly by pomoci snížit množství odpadu ve stavebnictví, elektronice a módním průmyslu.

Zvláštní kombinaci pozoruhodné povahy sklovitých gelů však chtějí vědci dále zkoumat. „Možná nejzajímavější vlastností sklovitých gelů je to, jak jsou přilnavé,“ říká Dickey. „Chápeme, co je činí tvrdými a roztažnými, ale můžeme jen spekulovat o tom, co je činí tak lepivými.“

Než bude možné tyto gely prakticky využít, je samozřejmě nutné provést další testy a optimalizaci „gelu“, ale když přemýšlíme o možných aplikacích, Dickey říká, že houževnaté materiály, které vedou elektřinu (jako gel), jsou užitečné v bateriích. Mezi další potenciální využití patří 3D tisk materiálů podobných plastům pomocí jednodušších technik, než je zpracování taveninou – metoda, která se v současnosti používá k výrobě komerčních plastů ze startovacích pryskyřic. Tento proces často vyžaduje přepravu výrobků do několika zařízení pro každý krok výroby plastu, zatímco sklovité gely lze vstříknout do formy a vytvrdit UV světlem.

Dickey však říká, že předtím, než začne pracovat na aplikacích, chce jeho tým lépe pochopit základy toho, jak se tyto materiály tvoří, a proč se zdá, že existuje „magický poměr“ rozpouštědla a polymeru, který vytváří jedinečné vlastnosti gelů.

„Vzhledem k množství jedinečných vlastností, které mají, jsme optimističtí, že tyto materiály budou užitečné,“ říká Wang.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: eurekalert.org, youtube.com