Olie en water mogen niet mengen, maar door de juiste nanodeeltjes aan het recept toe te voegen, kunnen deze twee niet-mengbare vloeistoffen worden omgezet in een exotische gel met toepassingen variërend van batterijen tot waterfilters tot slimme vensters die van tint veranderen. Een nieuwe benadering voor het maken van deze ongebruikelijke klasse van zachte materialen zou ze uit het laboratorium en op de markt kunnen brengen.

Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Delaware hebben een betere manier gevonden om deze gels te maken. die al meer dan een decennium een ​​gebied van intense onderzoeksfocus zijn. Een deel van hun potentieel brede bruikbaarheid is de complexe reeks onderling verbonden microscopische kanalen die zich daarin vormen, het creëren van een sponsachtige structuur. Deze kanalen bieden niet alleen doorgangen voor andere materialen om door te reizen, waardoor ze bruikbaar zijn voor filtratie, maar geef de gel ook een grote hoeveelheid inwendig oppervlak, een eigenschap die waardevol is voor het versnellen van chemische reacties of als steiger waarop levend weefsel kan groeien.

Hoewel deze en andere voordelen het laten klinken alsof gel-innovators olie hebben gevonden, hun creaties zijn nog niet goed gemengd met de markt. De gels worden gewoonlijk gevormd uit twee vloeibare oplosmiddelen die met elkaar zijn vermengd. Zoals met olie en water, deze oplosmiddelen mengen niet goed, maar om te voorkomen dat ze volledig uit elkaar gaan, onderzoekers voegen op maat ontworpen nanodeeltjes toe die op de interface tussen hen kunnen blijven. Door deze ingrediënten zorgvuldig te koken, kan een samenhangende gel worden gevormd. Echter, het proces is veeleisend omdat het moeilijk was om voor elke toepassing nanodeeltjes op maat te ontwerpen, en het vormen van de gels vereist zorgvuldig gecontroleerde snelle temperatuurverandering. Deze beperkingen hebben het moeilijk gemaakt om dit type gel te maken in meer dan kleine hoeveelheden die geschikt zijn voor laboratoriumexperimenten in plaats van op industriële schaal.

Zoals beschreven in een nieuwe Natuurcommunicatie papier, het NIST/Delaware-team heeft manieren gevonden om veel van deze problemen te omzeilen. De nieuwe benadering vormt wat de onderzoekers een "SeedGel, " een afkorting voor "oplosmiddel segregatie gedreven gel." In plaats van nanodeeltjes te ontwerpen om op het grensvlak tussen de twee oplosmiddelen te blijven, hun gekozen deeltjes concentreren zich in een van hen. Hoewel deze deeltjes de neiging hebben elkaar af te stoten, de affiniteit van de deeltjes voor een van de oplosmiddelen is sterker en houdt ze bij elkaar in het kanaal. Met behulp van neutronenverstrooiingstools bij het NIST Center for Neutron Research (NCNR), het team bewees ondubbelzinnig dat het erin was geslaagd de nanodeeltjes te concentreren waar het wilde.

De resulterende gel kan veel gemakkelijker te maken zijn, aangezien de twee oplosmiddelen in wezen olie en water zijn, en zijn nanodeeltjes zijn siliciumdioxide - in wezen kleine bolletjes van gewoon kwarts. Het kan ook een verscheidenheid aan industriële toepassingen hebben.

"Onze SeedGel heeft een grote mechanische sterkte, het is veel gemakkelijker om te maken, en het proces is schaalbaar naar wat fabrikanten nodig hebben, " zei Yun Liu, die zowel een NCNR-wetenschapper is als een gelieerd hoogleraar aan de Universiteit van Delaware. "Bovendien is het thermo-omkeerbaar."

Deze omkeerbaarheid verwijst naar een optische eigenschap die de afgewerkte SeedGel bezit:het kan overschakelen van transparant naar ondoorzichtig en weer terug, gewoon door de temperatuur te veranderen. Deze eigenschap kan worden benut in slimme ramen die een dunne laag gel tussen twee glasplaten plaatsen.

"Deze optische eigenschap zou de SeedGel ook bruikbaar kunnen maken in andere lichtgevoelige toepassingen, " zei Yuyin Xi, een onderzoeker van de University of Delaware die ook bij de NCNR werkt. "Ze kunnen nuttig zijn in sensoren."

Omdat de gel-creatie-aanpak van het team kan worden gebruikt met andere combinaties van oplosmiddelen en nanodeeltjes, het kan nuttig worden in filters voor waterzuivering en mogelijk andere filtratieprocessen, afhankelijk van het type nanodeeltjes dat wordt gebruikt.

Liu zei ook dat de creatiebenadering het mogelijk maakt om de grootte van de kanalen in de gel af te stemmen door de snelheid waarmee de temperatuur verandert tijdens het vormingsproces te veranderen, biedt applicatie-ontwerpers een andere mate van vrijheid om te verkennen.

"De onze is een generieke benadering die werkt voor veel verschillende nanodeeltjes en oplosmiddelen, " zei hij. "Het breidt de toepassingen van dit soort gels enorm uit."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.