In een wereldprimeur, wetenschappers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science in Japan, samen met collega's van het National Institute of Material Science en de University of Tokyo, hebben een nieuwe hydrogel ontwikkeld waarvan de eigenschappen worden gedomineerd door elektrostatische afstoting, in plaats van aantrekkelijke interacties.

Volgens Yasuhiro Ishida, hoofd van het Emergent Bioinspired Soft Matter Research Team, het werk begon met een heimelijke ontdekking, dat wanneer titanaat nano-sheets worden gesuspendeerd in een waterige colloïdale dispersie, ze richten zich face-to-face in een vlak wanneer ze worden blootgesteld aan een sterk magnetisch veld. Het veld maximaliseert de elektrostatische afstoting tussen hen en verleidt hen tot een quasi-kristallijne structuur. Ze oriënteren zich van nature van aangezicht tot aangezicht, gescheiden door de elektrostatische krachten ertussen.

Om het nieuwe materiaal te maken, de onderzoekers gebruikten de nieuw ontdekte methode om lagen van de vellen in een vlak te rangschikken, en zodra de platen in het vlak waren uitgelijnd, de magnetisch geïnduceerde structurele volgorde gefixeerd door de dispersie om te zetten in een hydrogel met behulp van een procedure die door licht getriggerde in-situ vinylpolymerisatie wordt genoemd. Eigenlijk, lichtpulsen worden gebruikt om de waterige oplossing te stollen tot een hydrogel, zodat de lakens niet meer konden bewegen.

Door dit te doen, ze creëerden een materiaal waarvan de eigenschappen worden gedomineerd door elektrostatische afstoting, dezelfde kracht die ons haar doet overeind staan ​​als we een bestelwagengenerator aanraken.

Tot nu toe, door de mens gemaakte materialen hebben geen gebruik gemaakt van dit fenomeen, maar de natuur heeft. Kraakbeen dankt zijn vermogen om vrijwel wrijvingsloze mechanische beweging in gewrichten mogelijk te maken, zelfs onder hoge compressie, aan de elektrostatische krachten erin. Op verschillende plaatsen worden elektrostatische afstotende krachten gebruikt, zoals magneettreinen, voertuigophangingen en contactloze lagers, maar tot nu toe, materiaalontwerp heeft zich voornamelijk gericht op aantrekkelijke interacties.

Het resulterende nieuwe materiaal, die het eerste voorbeeld bevat van geladen anorganische structuren die co-faciaal uitlijnen in een magnetische flux, heeft interessante eigenschappen. Het vervormt gemakkelijk wanneer afschuifkrachten evenwijdig aan de ingebedde nanobladen worden uitgeoefend, maar is sterk bestand tegen drukkrachten die orthogonaal worden uitgeoefend.

Volgens Ishida, "Dit was een verrassende ontdekking, maar een waar de natuur al gebruik van heeft gemaakt. We verwachten dat het concept van het inbedden van anisotrope afstotende elektrostatica in een composietmateriaal, gebaseerd op inspiratie van gewrichtskraakbeen, opent nieuwe mogelijkheden voor het ontwikkelen van zachte materialen met ongebruikelijke functies. Dergelijke materialen kunnen in de toekomst op verschillende gebieden worden gebruikt, van regeneratieve geneeskunde tot precieze machinebouw, door de aanmaak van kunstkraakbeen toe te staan, anti-vibratie materialen en andere materialen die weerstand tegen vervorming in één vlak vereisen."