Als je zeer flexibele ketens van nanodeeltjes in vloeistof wilt vormen om kleine robots met flexibele gewrichten te bouwen of om magnetisch zelfherstellende gels te maken, je moet teruggaan naar de kindertijd en aan zandkastelen denken.

In een artikel dat deze week is gepubliceerd in Natuurmaterialen , onderzoekers van de North Carolina State University en de University of North Carolina-Chapel Hill laten zien dat magnetische nanodeeltjes die zijn ingekapseld in olieachtige vloeistofschillen, in water aan elkaar kunnen binden, net zoals zanddeeltjes gemengd met de juiste hoeveelheid water zandkastelen kunnen vormen.

"Omdat olie en water niet samengaan, de olie bevochtigt de deeltjes en creëert capillaire bruggen ertussen zodat de deeltjes bij contact aan elkaar plakken, " zei Orlin Velev, INVISTA Professor of Chemical and Biomolecular Engineering bij NC State en de corresponderende auteur van het artikel.

"Vervolgens voegen we een magnetisch veld toe om de nanodeeltjesketens te ordenen en richting te geven, " zei Bhuvnesh Bharti, onderzoeksassistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State en eerste auteur van het papier.

Het koelen van de olie is als het drogen van het zandkasteel. Door de temperatuur te verlagen van 45 graden Celsius naar 15 graden Celsius bevriest de olie en worden de bruggen kwetsbaar, wat leidt tot het breken en fragmenteren van de nanodeeltjesketens. Maar de gebroken nanodeeltjesketens zullen zich opnieuw vormen als de temperatuur wordt verhoogd, de olie wordt vloeibaar en een extern magnetisch veld wordt op de deeltjes aangebracht.

"Met andere woorden, dit materiaal is temperatuurgevoelig, en deze zachte en flexibele structuren kunnen uit elkaar worden getrokken en herschikt, "Zei Velev. "En er zijn geen andere chemicaliën nodig."

"Dit onderzoek was het resultaat van een samenwerking geïnitieerd door het NSF Materials Research Science and Engineering Center dat interacties tussen Triangle-universiteiten mogelijk maakt." zei Michael Rubinstein, John P. Barker Distinguished Professor of Chemistry aan de UNC en een van de co-auteurs van het artikel.