Istraživači su kreirali novu klasu materijala pod nazivom „stakleni gelovi“ koji su veoma tvrdi i teško ih je razbiti uprkos tome što sadrže više od 50% tečnosti. Zajedno sa činjenicom da su staklasti gelovi jednostavni za proizvodnju, materijal obećava za različite primene.
Rad koji opisuje ovaj rad, pod naslovom „Stakljeni gelovi ojačani rastvaračem,“ pojavljuje se u časopisu Priroda.
Gelovi i staklasti polimeri su klase materijala za koje se istorijski smatralo da se razlikuju jedan od drugog. Stakleni polimeri su tvrdi, kruti i često lomljivi. Koriste se za pravljenje stvari kao što su flaše za vodu ili prozori za avione. Gelovi — kao što su kontaktna sočiva — sadrže tečnost i mekani su i rastezljivi.
„Napravili smo klasu materijala koje smo nazvali staklastim gelovima, koji su čvrsti kao staklasti polimeri, ali – ako primenite dovoljno sile – mogu se rastegnuti do pet puta u odnosu na prvobitnu dužinu, umesto da se lome“, kaže Majkl Dickei, dopisni autor rada o radu i Kamil i Henri Drajfus, profesori hemijskog i biomolekularnog inženjerstva na Državnom univerzitetu Severne Karoline. „Štaviše, kada se materijal rastegne, možete ga naterati da se vrati u prvobitni oblik primenom toplote. Pored toga, površina staklastih gelova je veoma lepljiva, što je neobično za tvrde materijale.“
„Ključna stvar koja razlikuje staklaste gelove je to što su više od 50% tečni, što ih čini efikasnijim provodnicima električne energije od obične plastike koja ima uporedive fizičke karakteristike“, kaže Meikiang Vang, ko-voditelj rada i postdoktorski istraživač u NC State. „S obzirom na broj jedinstvenih svojstava koje poseduju, optimistični smo da će ovi materijali biti korisni.“
Stakleni gelovi, kao što ime govori, su efektivno materijal koji kombinuje neke od najatraktivnijih svojstava staklastih polimera i gela. Da bi ih napravili, istraživači počinju sa tečnim prekursorima staklastih polimera i mešaju ih sa jonskom tečnošću. Ova kombinovana tečnost se sipa u kalup i izlaže ultraljubičastom svetlu, koje „leči” materijal. Kalup se zatim uklanja, ostavljajući za sobom staklasti gel.
„Jonska tečnost je rastvarač, poput vode, ali je u potpunosti napravljena od jona“, kaže Diki. „Uobičajeno, kada polimeru dodate rastvarač, rastvarač rastavlja polimerne lance, čineći polimer mekim i rastegljivim. Zato su mokra kontaktna sočiva savitljiva, a suva kontaktna sočiva nisu. U staklastim gelovima, rastvarač razdvaja molekularne lance u polimeru, što mu omogućava da bude rastegljiv poput gela.
„Međutim, joni u rastvaraču su snažno privučeni polimerom, što sprečava kretanje polimernih lanaca. Nemogućnost lanaca da se pomeraju je ono što ga čini staklastim. Krajnji rezultat je da je materijal tvrd zbog sila privlačenja, a nemogućnost kretanja lanaca je ono što ga čini staklastim. ali je i dalje sposoban da se rasteže zbog dodatnog razmaka.“
Istraživači su otkrili da se staklasti gelovi mogu napraviti sa različitim polimerima i jonskim tečnostima, iako se sve klase polimera ne mogu koristiti za stvaranje staklastih gelova.
„Polimeri koji su naelektrisani ili polarni obećavaju staklaste gelove, jer ih privlači jonska tečnost“, kaže Diki.
Tokom testiranja, istraživači su otkrili da staklasti gelovi ne isparavaju niti se suše, iako se sastoje od 50-60% tečnosti.
„Možda je najintrigantnija karakteristika staklastih gelova koliko su lepljivi“, kaže Diki. „Jer dok razumemo šta ih čini tvrdim i rastegljivim, možemo samo da nagađamo o tome šta ih čini tako lepljivim.
Istraživači takođe smatraju da staklasti gelovi obećavaju praktičnu primenu jer ih je lako napraviti.
„Kreiranje staklastih gelova je jednostavan proces koji se može uraditi očvršćavanjem u bilo kojoj vrsti kalupa ili 3D štampanjem“, kaže Diki. „Većina plastike sa sličnim mehaničkim svojstvima zahteva od proizvođača da stvore polimer kao sirovinu, a zatim taj polimer transportuju u drugo postrojenje gde se polimer topi i formira u krajnji proizvod.
„Uzbuđeni smo što vidimo kako se staklasti gelovi mogu koristiti i otvoreni smo za rad sa saradnicima na identifikaciji aplikacija za ove materijale.“
