In een recent onderzoek hebben onderzoekers ontdekt hoe de unieke eigenschappen van geclusterde deeltjes de elasticiteit van bepaalde gels kunnen bepalen. Deze gels, zoals de gels die vaak worden gebruikt in cosmetica, voeding en zelfs biomedische toepassingen, vertonen een fascinerende eigenschap die bekend staat als omkeerbare vervorming, waarbij ze kunnen worden uitgerekt en vervolgens terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm. Het begrijpen van de onderliggende mechanismen die verantwoordelijk zijn voor deze elasticiteit is essentieel voor het ontwerpen en optimaliseren van gels met specifieke eigenschappen voor verschillende toepassingen.

Hoofdonderzoeker dr. Maria Gomez, van het prestigieuze Instituut voor Materiaalwetenschappen van Madrid (ICMM-CSIC), legt uit dat deze geclusterde deeltjes zijn samengesteld uit silica-nanodeeltjes die zichzelf assembleren tot grotere, hiërarchische structuren. Deze grotere clusters werken vervolgens met elkaar samen via zwakke krachten om een ​​netwerk te vormen dat elasticiteit aan de gel verleent.

Het onderzoeksteam gebruikte een combinatie van experimentele technieken, waaronder lichtverstrooiing en reologie, om de structuur-eigenschapsrelaties van deze geclusterde deeltjesgels te onderzoeken. Door de grootte en vorm van de nanodeeltjes en de interacties daartussen af ​​te stemmen, konden ze de elasticiteit van de gels manipuleren.

Volgens Dr. Gomez komt de elasticiteit van deze gels voort uit de wisselwerking tussen de vormen van de clusters, de interacties tussen de deeltjes en de oplosmiddelmoleculen. Clusters met hoge aspectverhoudingen en sterke interacties leiden tot stijvere gels, terwijl sferische clusters en zwakkere interacties resulteren in meer elastische gels.

De bevindingen van deze studie maken de weg vrij voor het rationeel ontwerp van gels met op maat gemaakte mechanische eigenschappen voor een breed scala aan toepassingen. In de cosmetica-industrie kunnen gels met de juiste elasticiteit bijvoorbeeld de gewenste consistentie en textuur bieden voor producten als tandpasta of bodylotions. In de voedingsindustrie kunnen gels worden ontwikkeld om producten te creëren die zowel smeerbaar als stabiel zijn. Bovendien is het begrijpen van gel-elasticiteit bij biomedische toepassingen cruciaal voor het ontwerpen van materialen voor weefselmanipulatie, medicijnafgifte en andere medische doeleinden.

Concluderend heeft de verkenning door het onderzoeksteam van geclusterde deeltjes in gels licht geworpen op de ingewikkelde mechanismen achter hun elasticiteit, waardoor het materiaal innovatief en functioneel is.