Naukowcy stworzyli nowy materiał. „Szklany żel” bardzo trudno złamać, choć w 50 proc. składa się z cieczy

W tym artykule:

1. Twardy jak plastik, rozciągliwy jak żel
2. Jak powstaje szklany żel
3. Niezwykłe właściwości nowego materiału

Plastik wyglądający jak szkło to w XXI wieku codzienny widok. Producenci kosmetyków wykorzystują go w opakowaniach, a producenci samolotów wstawiają w okna. Z takiego materiału powstają szyby albo przezroczyste i gładkie kabiny prysznicowe. Kompozyty polimerowe są wytrzymałe, ale równocześnie bywają kruche. Ich odporność na rozciąganie jest słaba.

Rozwiązaniem jest dodanie do nich wody. W ten sposób uzyskuje się hydrożele. To właśnie z nich powstają soczewki kontaktowe. Wilgotne hydrożele stają się miękkie i rozciągliwe. Niestety, tracą przy tym na wytrzymałości.

Czy możliwe jest połączenie zalet obu wyżej opisanych materiałów? Dzisiejszy numer prestiżowego czasopisma „Nature” wskazuje, że tak. Ukazała się w nim praca, w której naukowcy donoszą o opracowaniu „szklanego żelu” (ang. glassy gel). To zupełnie nowy rodzaj materiału, który jest nie tylko wytrzymały i rozciągliwy, ale wykazuje także kilka innych niezwykłych właściwości.

Twardy jak plastik, rozciągliwy jak żel

– Szklane żele są tak twarde, jak kompozyty polimerowe – mówi Michael Dickey, współautor pracy z Uniwersytetu Stanowego Północnej Karoliny. – Jednak jeśli przyłożysz odpowiednio dużą siłę, mogą rozciągnąć się nawet pięć razy. Co więcej, kiedy ten materiał zostanie rozciągnięty, może wrócić do pierwotnego kształtu – dodaje badacz. Wystarczy go podgrzać.

Co ciekawe, choć materiał jest twardy jak szkło, aż w 60 proc. składa się z cieczy. Nie jest to jednak zwykła ciecz. Do produkcji szklanego żelu naukowcy wykorzystali tzw. ciecz jonową. To ciekła substancja składająca się wyłącznie z jonów, czyli atomów z niedoborem lub nadmiarem elektronów. Ciecze jonowe są nieobojętne elektrycznie, a także stabilne termicznie i odporne na parowanie.

Jak powstaje szklany żel

By powstał nowy materiał, naukowcy połączyli polimery z cieczą jonową (w uproszczeniu). Następnie wlali to połączenie do formy i utwardzili z pomocą promieni ultrafioletowych. W rezultacie jądra atomów cieczy jonowej znalazły się pomiędzy długimi łańcuchami polimerów.

– Zwykle po dodaniu rozpuszczalnika do polimeru rozpuszczalnik rozpycha łańcuchy polimeru, który staje się miękki i rozciągliwy. Dlatego właśnie mokre soczewki kontaktowe są giętkie, a suche nie. W szklanych żelach rozpuszczalnik rozsuwa łańcuchy polimeru, co zapewnia rozciągliwość. Jednak jony cieczy są silnie przyciągane do polimeru, a to zapobiega przemieszczaniu się łańcuchów polimeru. W efekcie materiał jest twardy, ale nadal może się rozciągać – tłumaczy Dickey.

Twardszy niż diament, elastyczny jak guma. Odkryto nową formę węgla

Skompresowany szklisty węgiel – tak nazywa się substancja uzyskana przez badaczy z Chin i USA. Jej niezwykłe właściwości sprawiają, że może znaleźć zastosowanie w elektronice i kamizel...

Niezwykłe właściwości nowego materiału

Twardość i rozciągliwość w jednym to nie wszystko. Testy wykazały, że szklany żel nie ulega parowaniu. Łatwo go też naprawić. Gdy np. zostanie rozcięty na dwie części, wystarczy je złączyć i podgrzać, by scalił się na nowo. Na tej samej zasadzie po podgrzaniu potrafi wrócić do pierwotnego kształtu.

Ma jeszcze jedną zaskakującą cechę. Jest przyczepny, zupełnie tak, jakby został pokryty warstwą kleju. Michael Dickey uznaje to za najbardziej intrygującą właściwość „szklanych żeli”. – O ile rozumiemy, co czyni je twardymi i rozciągliwymi, o tym, dlaczego są przylepne, możemy zaledwie spekulować – przyznaje.

Zdaniem badaczy, nietypowe zestawienie właściwości w połączeniu z prostym procesem produkcji sprawia, że „szklane żele” mogą w przyszłości znaleźć wiele przemysłowych zastosowań. Mogą być używane do druku 3D, ale także w medycynie i robotyce. – Jesteśmy ciekawi, jakie potencjalne zastosowania „szklanych żeli” da się wymyślić. Jesteśmy otwarci na współpracę w tej sprawie – podsumowuje Michael Dickey.

Źródło: EurekAlert.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com