Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Nieuwe hydrogel kan tot 15 keer zijn oorspronkelijke grootte uitrekken

Foto's van opblaasprocessen van pneumatische apparaten. (A) Een pneumatisch apparaat van acrylamidehydrogel (watergehalte van 70 gew.%, zonder crosslinkers), opgeblazen met 25 ml lucht en leeggelopen. (B) Een Ecoflex 00-30 pneumatisch apparaat, opgeblazen met 100 ml lucht en leeggelopen. Credit:Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adh3632

Een team van moleculaire ingenieurs aan de Tsinghua Universiteit in China heeft een nieuw type hydrogel ontwikkeld dat tot 15 keer zijn oorspronkelijke grootte kan uitrekken en vervolgens weer in zijn oorspronkelijke vorm kan terugkeren. In hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Science , heeft de groep het proces dat normaal wordt gebruikt om hydrogels te maken, aangepast om een ​​nieuwe te produceren die veel elastischer is.

Hydrogels staan ​​bekend om hun rekbaarheid:ze kunnen worden getrokken als toffee of een elastiekje. Maar de meeste komen niet zo goed terug in hun oorspronkelijke vorm, waardoor ze rekbaar maar niet elastisch zijn. Bovendien kunnen ze slechts in één richting worden uitgerekt.

Momenteel worden hydrogels over het algemeen gemaakt door verbindingen te creëren met verknoopte polymeren verbonden door watermoleculen. Bij deze nieuwe poging probeerde het team in China de eigenschappen van een hydrogel te verbeteren door wijzigingen aan te brengen in de fabricagemethode.

Een cilindrische AETC-25 hydrogel met een initiële diameter van 2 cm en een hoogte van 0,3 cm werd uitgerekt tot een oppervlakterek van 10.000 % en snel hersteld, vrijwel zonder restspanning. Credit:Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adh3632

Om hun nieuwe hydrogel te creëren, heeft het onderzoeksteam de standaardaanpak aangepast door toe te voegen wat zij omschrijven als 'parelkettingkettingen':polymeerketens gevormd in de vorm van spoelen en met elkaar verbonden door middel van koolstofatomen. Dergelijke kettingen, zo ontdekten ze, konden zich ontvouwen als ze eraan werden getrokken en weer oprollen als ze werden losgelaten. Om de kettingen te maken, verwijderde het team het water uit een traditionele hydrogel, waardoor de bestaande kettingen aan zichzelf moesten hechten, en herstelde het water vervolgens.

De onderzoekers ontdekten dat ze een monster van 30 cm tot vijf meter konden uitrekken. Toen ze het uitbrachten, kromp het monster binnen enkele seconden terug naar zijn oorspronkelijke grootte en vorm. Ze suggereren dat monsters gemaakt in schijfvorm in alle richtingen kunnen worden getrokken totdat het originele monster 100 keer groter is dan de oorspronkelijke vorm, en vervolgens terugkeren naar de oorspronkelijke vorm wanneer ze worden vrijgegeven.

Snelherstellende eigenschappen van AETC-25 hydrogelgrijpers. (A) Een grijper met een luchtkanaal van ongeveer 4 cm. (B) Het luchtkanaal is doorboord. (C) De doorboorde grijper werd na genezing gedurende 1 seconde opgeblazen met 500 ml lucht. (D) De opgeblazen grijper herstelde zich na het leeglopen binnen enkele seconden in de oorspronkelijke staat. Credit:Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adh3632

Om het gebruik van de hydrogel in algemene toepassingen te testen, bouwden ze robotgrijpers en gebruikten ze deze om kwetsbare voorwerpen voorzichtig in hun laboratorium te hanteren. Ze ontdekten bijvoorbeeld dat hun robot aardbeien kon oppakken zonder kneuzingen of enige vorm van schade te veroorzaken. Ze suggereren dat hun nieuwe hydrogel veel toepassingen zal vinden in commerciële toepassingen.

Meer informatie: Lili Chen et al, Een hyperelastische hydrogel met een ultragrote omkeerbare biaxiale spanning, Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adh3632

Journaalinformatie: Wetenschap

© 2024 Science X Netwerk