Wetenschappers hebben het eerste synthetische materiaal ontdekt dat dikker wordt - op moleculair niveau - als het wordt uitgerekt.

Onderzoekers onder leiding van Dr. Devesh Mistry van de Universiteit van Leeds ontdekten een nieuw niet-poreus materiaal met unieke en inherente "auxetische" rekeigenschappen. Hun bevindingen worden vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Er zijn materialen in de natuur die auxetische eigenschappen vertonen, zoals kattenhuid, de beschermlaag in mosselschelpen en pezen in het menselijk lichaam. Experts doen al meer dan 30 jaar actief onderzoek naar synthetische auxetische materialen, maar hebben ze tot nu toe alleen kunnen maken door conventionele materialen te structureren met behulp van complexe technische processen, inclusief 3D-printen. Deze processen zijn tijdrovend, duur, en kan leiden tot zwakkere, poreuze producten.

De identificatie van een synthetische moleculaire versie is een grote stap voorwaarts voor natuurkundigen, materiaalwetenschappers en ontwikkelingsbedrijven, maar onderzoekers erkennen dat er meer onderzoek nodig is om een ​​beter begrip te krijgen van wat het auxetische gedrag drijft en hoe dit gedrag commercieel kan worden toegepast.

Dr. Mistry, van de School of Physics and Astronomy in Leeds, zei:"Dit is een heel opwindende ontdekking, die in de toekomst aanzienlijke voordelen zullen hebben voor de ontwikkeling van producten met een breed scala aan toepassingen. Dit nieuwe synthetische materiaal is inherent auxetisch op moleculair niveau en is daarom veel eenvoudiger te fabriceren en vermijdt de problemen die gewoonlijk worden aangetroffen bij technische producten. Maar er is meer onderzoek nodig om te begrijpen hoe ze precies kunnen worden gebruikt."

Hij voegde eraan toe:"Als we conventionele materialen rekken, zoals stalen staven en elastiekjes worden ze dunner. Auxetische materialen daarentegen worden dikker.

"Auxetica zijn ook geweldig in het absorberen van energie en het weerstaan ​​​​van breuken. Er kunnen veel potentiële toepassingen zijn voor materialen met deze eigenschappen, waaronder kogelvrije vesten, architectuur en medische apparatuur. We hebben al een patent ingediend en zijn in gesprek met de industrie over de volgende stappen."

Het potentieel van vloeibare kristallen uitbreiden

Het team ontdekte het nog te benoemen materiaal tijdens het onderzoeken van de mogelijkheden van Liquid Crystal Elastomers. Vloeibare kristallen zijn vooral bekend om hun gebruik in mobiele telefoon- en televisieschermen en hebben zowel vloeibare als vaste eigenschappen. Wanneer ze zijn verbonden met polymeerketens om rubberachtige netwerken te vormen, ze hebben volledig nieuwe eigenschappen en mogelijke toepassingen.

"Onze resultaten demonstreren een nieuw gebruik voor vloeibare kristallen buiten de flatscreen-monitoren en televisies waar velen van ons bekend mee zijn, " zei professor Helen Gleeson, studeer co-auteur en hoofd natuurkunde en sterrenkunde in Leeds.

"Dit nieuwe synthetische materiaal is een geweldig voorbeeld van wat natuurkundig onderzoek en het verkennen van het potentieel van materialen zoals vloeibare kristallen kan ontdekken. Samenwerking tussen wetenschappers met verschillende expertisegebieden en de uitgebreide technische faciliteiten die we in Leeds hebben, maken dit soort verkenning en ontdekking mogelijk mogelijk."

Dankzij de instrumenten en expertise van het personeel van het Leeds Electron Microscopy and Spectroscopy Centre (LEMAS) aan de universiteit kon het team het nieuwe materiaal rigoureus testen.

Professor Gleeson zei:"We wilden er zeker van zijn dat het materiaal niet zou afbreken of poreus zou worden wanneer het tot het uiterste wordt uitgerekt. Ons LEMAS-centrum had de tools om dit te doen."