Ooit geprobeerd om op siliconen te schilderen? Na een paar uur, de verf zal loslaten. Vervelend. Silicone is een zogenaamd polymeer met lage oppervlakte-energie, bekend van flexibele bakvormen:Een synthetisch materiaal met een extreem lage hechting of "plakkerigheid". Teflon is evenzo niet plakkerig en bekend van koekenpannen. Onderzoekers van de Universiteit van Kiel (Duitsland) hebben nu de eerste technologie ontwikkeld die in staat is om deze twee "onverbindbare" materialen met elkaar te verbinden. De technologie past passieve kristallinkers op nanoschaal toe als interne nietjes. De nano-nietjes bieden oplossingen voor een groot aantal technische uitdagingen, bijvoorbeeld in de medische techniek.

Het werk dat is uitgevoerd binnen het door DFG gefinancierde Collaborative Research Center 677 "Function by Switching" is vandaag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde materialen .

"Als de nanonietjes ervoor zorgen dat zelfs extreme polymeren zoals teflon en siliconen aan elkaar blijven kleven, ze kunnen allerlei andere plastic materialen verbinden", zegt professor Rainer Adelung. Adelung leidt de functionele nanomaterialengroep aan het Institute of Materials Science in Kiel en leidt het onderzoeksproject vanuit de materiaalwetenschap. De nieuwe technologie van het verbinden van materialen zonder chemische modificaties kan worden gebruikt, volgens Adelung, in een verscheidenheid van het dagelijks leven en high-tech toepassingen. De techniek is eenvoudig te gebruiken en vereist geen dure apparatuur of materiaal.

De linkers zijn kristallen op micro- en nanoschaal gemaakt van zinkoxide. Ze hebben de vorm van tetrapoden, waar vier poten uitsteken vanaf het punt van oorsprong. Grootschalige tetrapoden staan ​​bekend om hun vermogen om in elkaar te grijpen en sterke bindingen te vormen, bijvoorbeeld bij kustbescherming.

Tijdens het toetredingsproces de zinkoxidekristallen worden gelijkmatig op een verwarmde laag teflon gestrooid. Vervolgens, er wordt een laag siliconen op gegoten. Om de materialen stevig te verbinden, ze worden vervolgens minder dan een uur verwarmd tot 100 ° Celsius. "Het is alsof je twee niet-kleverige materialen van binnenuit met de kristallen niett:wanneer ze worden opgewarmd, de nano-tetrapoden tussen de polymeerlagen doorboren de materialen, in hen zinken, en verankeren", legt Xin Jin uit, de eerste auteur van de publicatie, die momenteel aan haar proefschrift werkt. Haar collega en leidinggevende, Dr. Yogendra Kumar Mishra, legt het hechtprincipe uit:"Als je een tetrapod op één arm uit een polymeerlaag probeert te trekken, de vorm van de tetrapod zorgt er simpelweg voor dat drie armen dieper graven en nog steviger vasthouden."

In hoogtechnologische bedrijven zoals medische technologie, er is een sterke vraag naar innovatieve manieren om polymeren te maken, in het bijzonder siliconen, vasthouden aan andere materialen, bijvoorbeeld om ademmaskers verder te ontwikkelen, implantaten of sensoren. Medische toepassingen vereisen materialen die absoluut onschadelijk zijn, d.w.z. biocompatibel. Veel verbindingsmethoden omvatten chemische reacties, die de eigenschappen van de polymeren kunnen veranderen en schadelijke of zelfs toxische effecten op organismen kunnen veroorzaken. Het tetrapod nieten, Integendeel, is een puur mechanisch proces. Daarom gaat het Kiel-team ervan uit dat het biocompatibel is.

Met de tetrapod nietjes, de wetenschappers hebben een plakkerigheid bereikt - de zogenaamde afpelsterkte - van 200 Newton per meter, wat vergelijkbaar is met het afpellen van plakband van glas. "De plakkerigheid die we hebben bereikt met de nano-tetrapoden is opmerkelijk, want voor zover we konden verifiëren, niemand heeft ooit siliconen en teflon aan elkaar laten kleven", zegt co-auteur Lars Heepe, Promovendus van het Zoölogisch Instituut van de Universiteit van Kiel, die precies de hechting heeft gemeten en beschreven hoe het geniete materiaal er op microscopische schaal uitziet. "Adhesie kwantitatief meten is niet zo eenvoudig als het lijkt, nauwkeurige experimenten moeten worden uitgevoerd om de functie van de linkers te bewijzen en alle fouten uit te sluiten", zegt professor Stanislav Gorb, leidt de groep Functionele Morfologie en Biomechanica.