Door platen op titaniumbasis in water in te bedden, een groep onder leiding van wetenschappers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science heeft een materiaal gemaakt met behulp van anorganische materialen die kunnen worden omgezet van een harde gel in zachte materie met behulp van temperatuurveranderingen.

Sciencefiction bevat vaak anorganische levensvormen, maar in werkelijkheid, organismen en apparaten die reageren op stimuli zoals temperatuurveranderingen zijn bijna altijd gebaseerd op organische materialen, en daarom, onderzoek op het gebied van "adaptieve materialen" heeft zich bijna uitsluitend gericht op organische stoffen. Echter, er zijn voordelen aan het gebruik van anorganische materialen zoals metalen, inclusief potentieel betere mechanische eigenschappen.

Dit overwegende, de door RIKEN geleide groep besloot te proberen het gedrag van organische hydrogels na te bootsen, maar met behulp van anorganische materialen. De inspiratie voor het materiaal komt van een waterdier dat zeekomkommer wordt genoemd. Zeekomkommers zijn fascinerende dieren, gerelateerd aan zeesterren (maar niet aan komkommers!) - die het vermogen hebben om hun huid van een harde laag te veranderen in een soort gelei, waardoor ze hun interne organen kunnen weggooien - die uiteindelijk opnieuw groeien - om te ontsnappen aan roofdieren. In het geval van de zeekomkommers, chemicaliën die door hun zenuwstelsel worden vrijgegeven, veroorzaken de verandering in de configuratie van een eiwitsteiger, de verandering creëren.

Het maken, de onderzoekers experimenteerden met het rangschikken van nanosheets - in dit geval dunne vellen titaniumoxide - in water, waarbij de nanosheets 14 procent uitmaken en 86 procent van het materiaal water geven.

Volgens Koki Sano van RIKEN CEMS, de eerste auteur van het artikel, "De sleutel om te bepalen of een materiaal een zachte hydrogel of een hardere gel is, is gebaseerd op de balans tussen aantrekkende en afstotende krachten tussen de nanosheets. Als de afstotende krachten domineren, het is zachter, maar als de aantrekkelijke sterk zijn, de vellen worden opgesloten in een driedimensionaal netwerk, en het kan herschikken tot een hardere gel. Door gebruik te maken van fijn afgestemde elektrostatische afstoting, we hebben geprobeerd een gel te maken waarvan de eigenschappen zouden veranderen afhankelijk van de temperatuur."

Daar is de groep uiteindelijk in geslaagd, vonden dat het materiaal veranderde van een zachtere door afstoting gedomineerde staat naar een hardere door aantrekking gedomineerde staat bij een temperatuur van ongeveer 55 graden Celsius. Ze ontdekten ook dat ze het proces herhaaldelijk konden herhalen zonder significante verslechtering. "Wat was fascinerend, " hij gaat door, "is dat dit overgangsproces binnen slechts twee seconden is voltooid, hoewel het een grote structurele herschikking vereist. Deze overgang gaat gepaard met een 23-voudige verandering in de mechanische elasticiteit van de gel, doet denken aan zeekomkommers."

Om het materiaal bruikbaarder te maken, ze doopten het vervolgens met gouden nanodeeltjes die licht in warmte konden omzetten, waardoor ze laserlicht op het materiaal kunnen schijnen om het op te warmen en de structuur te veranderen.

Volgens Yasuhiro Ishida van RIKEN CEMS, een van de corresponderende auteurs van het artikel, "Dit is echt opwindend werk, omdat het de reikwijdte van de stof die kan worden gebruikt in adaptieve materialen van de volgende generatie, enorm vergroot. en kan ons zelfs in staat stellen een vorm van anorganisch leven te creëren."