Araştırmacılar tarafından oluşturulan yeni bir camsı jel sınıfı

Araştırmacılar, %50’den fazla sıvı içermesine rağmen son derece sert ve kırılması zor olan “cam jeller” adı verilen yeni bir malzeme sınıfı oluşturdular. Camsı jellerin üretiminin kolay olduğu gerçeğiyle birleştiğinde, malzeme çeşitli uygulamalar için umut vaat ediyor.

Cam jeller ve polimerler, tarihsel olarak birbirinden farklı görülen malzeme sınıflarıdır. Cam polimerler sert, sağlam ve çoğu zaman kırılgandır. Su şişeleri veya uçak pencereleri gibi şeyler yapmak için kullanılırlar. Kontakt lensler gibi jeller sıvı içerir ve yumuşak ve esnektir.

Michael, “Cam jeli adını verdiğimiz, camsı polimerler kadar sert olan ancak yeterli kuvvet uygularsanız orijinal uzunluğunun beş katına kadar esneyebilen ve kırılmak yerine esneyebilen bir malzeme sınıfı oluşturduk” diyor. Dickey, çalışmayla ilgili bir makalenin ilgili yazarı ve Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi’nde Camille ve Henry Dreyfus Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Profesörü. “Dahası, malzeme gerildiğinde ısı uygulayarak orijinal şekline döndürebilirsiniz. Ayrıca cam jellerin yüzeyi oldukça yapışkandır, bu da katı malzemeler için alışılmadık bir durumdur.”

Makalenin ortak baş yazarı ve doktora sonrası araştırmacı Meixiang Wang, “Cam jellerle ilgili en önemli şey, %50’den fazlasının sıvı olmasıdır, bu da onları benzer fiziksel özelliklere sahip yaygın plastiklere göre elektriği iletme konusunda daha verimli kılıyor” diyor. . Kuzey Carolina Eyaleti’nde araştırmacı.

Wang, “Ne kadar çok benzersiz özelliğe sahip oldukları göz önüne alındığında, bu malzemelerin yararlı olacağı konusunda iyimseriz” diyor.

Cam jeller, adından da anlaşılacağı gibi, hem cam polimerlerin hem de jellerin en çekici özelliklerinden bazılarını birleştiren bir malzemedir. Bunları yapmak için araştırmacılar, camsı polimerlerin sıvı öncüleriyle başlıyor ve bunları iyonik bir sıvıyla karıştırıyor. Bu birleştirilmiş sıvı bir kalıba dökülür ve UV ışığına maruz bırakılır, bu da malzemenin “sertleşmesine” neden olur. Daha sonra kalıp çıkarılır ve geride camsı jel kalır.

Dickey, “İyonik bir sıvı, su gibi bir çözücüdür ancak tamamen iyonlardan oluşur” diyor. “Normalde bir polimere solvent eklendiğinde, solvent polimer zincirlerini birbirinden ayırarak polimeri yumuşak ve esnek hale getirir. Bu nedenle ıslak kontakt lensler esnektir, ancak kuru kontakt lensler cam jellerde solventin esnek olmasını sağlar. Polimerdeki moleküler zincirler birbirinden ayrılarak jel gibi genişlemesine olanak sağlar. Bununla birlikte, solventteki iyonlar polimere güçlü bir şekilde çekilerek polimer zincirlerinin hareket etmesini engeller ve sonuçta malzemenin katı olması sağlanır. çekim kuvvetlerine maruz kalır, ancak ekstra mesafe nedeniyle hala genişleyebilmektedir.

Araştırmacılar, cam jellerin çeşitli farklı polimerler ve iyonik sıvılar kullanılarak yapılabileceğini, ancak tüm polimer sınıflarının cam jel oluşturmak için kullanılamayacağını buldu.

Dickey, “Yüklü veya polar polimerler camsı jeller için umut vaat ediyor çünkü iyonik sıvı tarafından çekiliyorlar” diyor.

Testlerde araştırmacılar, cam jellerin %50 ila 60’ı sıvıdan oluşmasına rağmen buharlaşmadığını veya kurumadığını buldu.

Dickey, “Cam jellerin belki de en ilginç özelliği ne kadar yapışkan olmalarıdır” diyor. “Çünkü onu bu kadar sert ve esnek yapan şeyin ne olduğunu anlıyor olsak da, onu bu kadar yapışkan yapan şeyin ne olduğu hakkında yalnızca spekülasyon yapabiliriz.”

Araştırmacılar ayrıca camsı jellerin yapımı kolay olduğundan pratik uygulamalar için umut vaat ettiğine inanıyor.

Dickey, “Cam jelleri oluşturmak, bunları herhangi bir kalıp tipinde işleyerek veya 3 boyutlu baskıyla gerçekleştirilebilen basit bir işlemdir” diyor. “Benzer mekanik özelliklere sahip plastiklerin çoğu, üreticilerin polimeri hammadde olarak oluşturmasını ve daha sonra bu polimeri, polimerin eritilip nihai ürüne dönüştürüleceği başka bir tesise taşımasını gerektiriyor.

“Cam jellerin nasıl kullanılabileceğini görmekten heyecan duyuyoruz ve bu malzemelere yönelik uygulamaları belirlemek için işbirlikçilerle çalışmaya açığız.”

kağıt, “Solventle güçlendirilmiş cam jeller” başlıklı makale, 19 Haziran’da Nature dergisinde yayınlanacak. Makalenin ortak yazarı, Chapel Hill’deki Kuzey Carolina Üniversitesi’nden Xun Xiao’dur. Makalenin ortak yazarı, Kuzey Carolina Eyaleti’nde doktora öğrencisi olan Salma Siddiqa’dır. Mohamed Shamsi NC Eyaleti’nde eski bir doktora öğrencisi olan, eski bir UNC Bilim lisans öğrencisi olan Ethan Fry ve Nebraska-Lincoln Üniversitesi’nde makine ve malzeme mühendisliği doçenti olan Wen Qian.

Çalışma kısmen Kıyı Çalışmaları Enstitüsü’nün finansmanıyla desteklendi.

Cam jelleri açıklayan ve özelliklerini gösteren bir videoya https://www.youtube.com/watch?v=LV-vgxxbNeY adresinden ulaşılabilir.