Bestaat er een manier om harde en zachte materialen aan elkaar te plakken zonder tape, lijm of epoxy? Een nieuwe studie gepubliceerd in ACS Central Science laat zien dat het aanleggen van een kleine spanning op bepaalde objecten chemische bindingen vormt die de objecten veilig met elkaar verbinden. Door de richting van de elektronenstroom om te keren, worden de twee materialen gemakkelijk gescheiden. Dit elektroadhesie-effect zou kunnen helpen bij het creëren van biohybride robots, het verbeteren van biomedische implantaten en het mogelijk maken van nieuwe batterijtechnologieën.

Wanneer een lijm wordt gebruikt om twee dingen te bevestigen, bindt deze de oppervlakken door mechanische of elektrostatische krachten. Maar soms zijn die aantrekkingen of banden moeilijk, zo niet onmogelijk, ongedaan te maken. Als alternatief worden omkeerbare adhesiemethoden onderzocht, waaronder elektroadhesie (EA).

Hoewel de term wordt gebruikt om een ​​aantal verschillende verschijnselen te beschrijven, houdt één definitie in dat er een elektrische stroom door twee materialen wordt geleid, waardoor ze aan elkaar blijven plakken, dankzij aantrekkingskracht of chemische bindingen. Eerder hebben Srinivasa Raghavan en collega's aangetoond dat EA zachte, tegengesteld geladen materialen bij elkaar kan houden en zelfs kan worden gebruikt om eenvoudige structuren te bouwen. Deze keer wilden ze kijken of EA een hard materiaal, zoals grafiet, omkeerbaar kon binden aan een zacht materiaal, zoals dierlijk weefsel.

Het team testte EA eerst met twee grafietelektroden en een acrylamidegel. Er werd gedurende enkele minuten een kleine spanning (5 volt) aangelegd, waardoor de gel permanent aan de positief geladen elektrode bleef hechten. De resulterende chemische binding was zo sterk dat, toen een van de onderzoekers de twee stukken uit elkaar probeerde te wrikken, de gel scheurde voordat deze loskwam van de elektrode.

Met name toen de richting van de stroom werd omgekeerd, werden het grafiet en de gel gemakkelijk gescheiden - en de gel hechtte zich in plaats daarvan aan de andere elektrode, die nu positief geladen was. Soortgelijke tests werden uitgevoerd op een verscheidenheid aan materialen (metalen, verschillende gelsamenstellingen, dierlijke weefsels, fruit en groenten) om de alomtegenwoordigheid van het fenomeen te bepalen.

Om EA te laten optreden, ontdekten de auteurs dat het harde materiaal elektronen moet geleiden, en het zachte materiaal zoutionen moet bevatten. Ze veronderstellen dat de adhesie voortkomt uit chemische bindingen die zich tussen de oppervlakken vormen na een uitwisseling van elektronen. Dit zou kunnen verklaren waarom sommige metalen die hun elektronen sterk vasthouden, waaronder titanium, en sommige vruchten die meer suiker dan zouten bevatten, waaronder druiven, in sommige situaties niet konden hechten.

Een laatste experiment toonde aan dat EA volledig onder water kan voorkomen, waardoor een nog breder scala aan mogelijke toepassingen aan het licht komt. Het team zegt dat dit werk kan helpen nieuwe batterijen te creëren, biohybride robotica mogelijk te maken, biomedische implantaten te verbeteren en nog veel meer.

Meer informatie: Metalen en grafiet omkeerbaar aan hydrogels en weefsels plakken, ACS Central Science (2024). DOI:10.1021/acscentsci.3c01593. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.3c01593

Aangeboden door American Chemical Society