Hidrogel yang diilhami secara bio dengan cepat dapat beralih ke plastik yang kaku – Sains Terkini


Bahan baru yang mengeraskan 1.800 kali lipat ketika terkena panas dapat melindungi pengendara sepeda motor dan pengemudi mobil balap selama kecelakaan.

Para peneliti Universitas Hokkaido telah mengembangkan hidrogel yang melakukan kebalikan dari apa yang bahan berbasis polimer, seperti botol plastik, biasanya lakukan: bahan mereka mengeras ketika dipanaskan dan melunak ketika didinginkan. Temuan mereka, dipublikasikan di jurnal Materi Canggih, bisa mengarah pada pembuatan barang-barang pakaian pelindung untuk lalu lintas dan kecelakaan terkait olahraga.

Takayuki Nonoyama dan Jian Ping Gong dari Universitas Hokkaido dan rekan-rekan mereka terinspirasi oleh bagaimana protein tetap stabil di dalam organisme yang bertahan dalam lingkungan yang sangat panas, seperti mata air panas dan ventilasi termal laut dalam. Biasanya, panaskan "mendenaturasikan" protein, mengubah struktur mereka dan memutuskan ikatan mereka. Tetapi protein dalam termofil tetap stabil dengan panas berkat interaksi elektrostatik yang meningkat seperti ikatan ion.

Tim mengembangkan gel poliakrilik murah yang tidak beracun berdasarkan konsep ini. Gel yang tersusun dari poliel elektrolit poli (asam akrilat) (PAAc) direndam dalam larutan berair kalsium asetat. PAAc dengan sendirinya bertindak seperti bahan berbasis polimer lainnya dan melunak saat dipanaskan. Tetapi ketika kalsium asetat ditambahkan, residu sisi PAAc berinteraksi dengan molekul kalsium asetat, dengan cara yang mirip dengan apa yang terjadi di dalam protein termofil, menyebabkan PAAc bertindak sangat berbeda.

Tim menemukan bahwa gel seragam awalnya terpisah menjadi "fase" padat polimer dan polimer jarang ketika suhu naik. Ketika mencapai suhu kritis, dalam hal ini sekitar 60 ° C, fase padat mengalami dehidrasi signifikan yang memperkuat ikatan ionik dan interaksi hidrofob antara molekul polimer. Hal ini menyebabkan material berubah dengan cepat dari hidrogel yang lembut dan transparan menjadi plastik opak yang kaku.

Bahan yang dipanaskan 1.800 kali lebih kaku, 80 kali lebih kuat, dan 20 kali lebih keras dari hidrogel asli. Pergantian lunak-ke-kaku sepenuhnya dapat dibalik dengan memanaskan dan mendinginkan bahan secara alternatif. Selain itu, para ilmuwan dapat menyempurnakan suhu switching dengan menyesuaikan konsentrasi bahan.

Mereka kemudian mendemonstrasikan kemungkinan aplikasi dari bahan tersebut dengan menggabungkannya dengan kain kaca tenun. Kain baru ini lunak pada suhu kamar, tetapi ketika ditarik pada permukaan aspal selama lima detik pada kecepatan 80 km / jam, panas yang dihasilkan oleh gesekan mengeraskan material dengan hanya lecet kecil yang terbentuk pada permukaan kontak.

Takayuki Nonoyama mengatakan, "Pakaian yang terbuat dari kain yang sama dapat digunakan untuk melindungi orang-orang selama lalu lintas atau kecelakaan yang berhubungan dengan olahraga, misalnya. Bahan kami juga dapat digunakan sebagai pelapis jendela penyerap panas untuk menjaga lingkungan dalam ruangan tetap dingin."

"Gel polimer ini dapat dengan mudah dibuat dari bahan baku serbaguna, murah dan tidak beracun yang biasa ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Secara khusus, asam poliakrilat digunakan dalam popok sekali pakai dan asetat kalsium digunakan dalam aditif makanan," tambah Jian Ping Gong. . "Studi kami berkontribusi pada penelitian dasar tentang polimer suhu-responsif baru, dan untuk penelitian terapan pada bahan pintar suhu-responsif."

Referensi:

Material disediakan oleh Universitas Hokkaido. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.