Een team onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, heeft een nieuwe techniek ontwikkeld om te bestuderen hoe zachte materialen, zoals rubber en Silly Putty, reageren op vervorming op moleculair niveau. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, kunnen leiden tot nieuwe manieren om materialen met verbeterde eigenschappen voor een breed scala aan toepassingen te ontwerpen en te ontwikkelen.

"Zachte materialen zijn overal om ons heen", zegt hoofdauteur van het onderzoek, Ting Xu. "Ze worden in alles gebruikt, van banden tot speelgoed, van medische implantaten tot voedselverpakkingen. Maar tot nu toe hebben we geen goede manier gehad om te bestuderen hoe deze materialen zich op moleculair niveau gedragen als ze worden vervormd."

De nieuwe techniek, genaamd 'single-molecule force spectroscopie', maakt gebruik van een kleine glazen naald om de mechanische eigenschappen van individuele moleculen te onderzoeken. Door het ene uiteinde van een molecuul aan de glazen naald te bevestigen en het andere uiteinde aan een oppervlak, kunnen de onderzoekers een kracht uitoefenen op het molecuul en meten hoe het reageert.

De onderzoekers gebruikten krachtspectroscopie met één molecuul om een ​​verscheidenheid aan zachte materialen te bestuderen, waaronder rubber, Silly Putty en gelatine. Ze ontdekten dat deze materialen allemaal een vergelijkbare reactie op vervorming vertoonden:ze werden stijver naarmate ze werden uitgerekt.

"Dit was onverwacht", zei Xu. "We dachten dat zachte materialen soepeler zouden worden naarmate ze werden uitgerekt, maar we ontdekten dat het tegendeel waar was."

De onderzoekers geloven dat de verstijving van zachte materialen onder vervorming te wijten is aan een verandering in de manier waarop de moleculen met elkaar omgaan. Wanneer deze materialen worden uitgerekt, komen de moleculen beter op één lijn en vormen ze sterkere verbindingen met elkaar. Hierdoor worden de materialen stijver.

De bevindingen van dit onderzoek kunnen leiden tot nieuwe manieren om materialen met verbeterde eigenschappen voor een breed scala aan toepassingen te ontwerpen en te ontwikkelen. De onderzoekers zeggen bijvoorbeeld dat hun bevindingen kunnen worden gebruikt om nieuwe materialen te creëren die beter bestand zijn tegen slijtage, of die kunnen worden gebruikt in medische implantaten om weefselherstel te bevorderen.

"We zijn enthousiast over het potentieel van deze nieuwe techniek om ons te helpen de mechanische eigenschappen van zachte materialen op moleculair niveau te begrijpen", aldus Xu. "Wij geloven dat deze kennis kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen met verbeterde eigenschappen voor een breed scala aan toepassingen."