Gelul sticlos, materialul viitorului: dur ca sticla, dar flexibil și capabil să se regenereze singur

Greu de spart, deși sunt pe jumătate lichide, noile materiale, care au fost numite „geluri sticloase”, au o serie de proprietăți aparent imposibile, care i-au luat prin surprindere chiar și pe oamenii de știință: au duritatea sticlei, dar elasticitatea cauciucului, sunt ciudat de adezive și capabile să se „autorepare”, dacă sunt tăiate. 

Și tocmai aceste proprietăți surprinzătoare ale gelurilor sticloase le pot face utile pentru o gamă mai largă de aplicații decât materialele plastice utilizate în mod obișnuit, care sunt fie tari, rigide și adesea fragile (polimerii sticloși sunt folosiți, spre exemplu, pentru a face lucruri precum ferestrele de avion), fie moi, elastice și ușor de rupt (gelurile, care conțin lichid, sunt folosite la obiecte cum ar fi lentilele de contact). 

Profesorul Michael Dickey, cercetător în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord (NCSU), recunoaște, într-un comunicat al universității americane, că le-au descoperit în timp ce căutau altceva: „Am găsit aceste materiale interesante întâmplător”. Descoperirea a avut loc în timp ce cercetătorul Meixiang Wang făcea experimente cu ionogeluri (materiale compuse dintr-un polimer impregnat cu un lichid ionic care conduce electricitatea), scopul inițial fiind să creeze dispozitive purtabile și flexibile pentru aplicații medicale și robotice. Cu toate acestea, modificând compoziția ionogelurilor, el a produs ceva complet neașteptat.

Extrem de extensibil și are memoria formei

La prima vedere, acest nou gel arăta ca o „bucată banală de plastic transparent și flexibil”. Dar aparențele sunt înșelătoare. Când cercetătorii au început să testeze materialul, au descoperit că are proprietăți unice.

Gelurile sticloase, spun cercetătorii, reprezintă un tip de material care combină unele dintre cele mai atractive proprietăți atât ale polimerilor sticloși, cât și ale gelurilor.

„Am creat o clasă de materiale pe care le-am numit geluri sticloase, care sunt la fel de dure ca polimerii sticloși, dar - dacă aplicați suficientă forță - se pot întinde până la de cinci ori lungimea lor inițială, mai degrabă decât să se rupă”, spune Michael Dickey, profesor de inginerie chimică și biomoleculară. 

Materialul poate, de asemenea, să mențină o formă specifică până la încălzire. „Mai mult, odată ce materialul a fost întins, îl puteți face să revină la forma inițială prin aplicarea căldurii”, a explicat cercetătorul. 

În timpul testelor, cercetătorii au descoperit și că gelurile sticloase nu se usucă, deși conțin 50-60% lichid. Acest lucru le face „conductori mai eficienți de electricitate decât materialele plastice obișnuite care au caracteristici fizice comparabile”, precizează Meixiang Wang, coautor principal al cercetării.

În plus, suprafața gelurilor sticloase este foarte adezivă, ceea ce, mai spun oamenii de știință, este neobișnuit pentru materialele dure. 

„Poate că cea mai interesantă caracteristică a gelurilor sticloase este cât de adezive sunt, spune Dickey,  adăugând că „deși înțelegem ce le face dure și extensibile, putem doar specula despre ceea ce le face atât de lipicioase”.

Ușor de fabricat, poate avea o mulțime de aplicații

Cercetătorii cred, de asemenea, că gelurile sticloase sunt promițătoare pentru aplicații practice, deoarece sunt ușor de fabricat.

Mai exact, pentru a face acest tip de material, cercetătorii încep cu precursorii lichizi ai polimerilor sticloși și îi amestecă cu un lichid ionic. Acest lichid combinat este turnat într-o matriță și expus la lumina ultravioletă, care „vindecă” materialul. Mucegaiul este apoi îndepărtat, lăsând în urmă gelul sticlos.

Potențialul acestei „sticle elastice” este enorm, putând fi folosită în diferite sectoare:

• în medicină, pentru crearea de dispozitive medicale flexibile și durabile;

• în robotică, pentru dezvoltarea unor roboți mai rezistenți și adaptabili;

• în electronică, pentru producția de dispozitive electronice flexibile și cu proprietăți de autoreparare.

• în ingineria materialelor, ca bază pentru dezvoltarea de noi materiale compozite.

„Având în vedere numărul de proprietăți unice pe care le posedă, suntem optimiști că aceste materiale vor fi utile”, spune Wang. 

Însă, înainte de a lucra la aplicații, profesorul Michael Dickey spune că echipa sa dorește să înțeleagă mai bine elementele de bază ale modului în care se formează aceste materiale și de ce pare să existe un „raport magic” de solvent la polimer, care creează aceste proprietăți unice ale gelurilor sticloase.

Cercetarea despre noua clasă de materiale a fost publicată recent în revista Nature și poate fi citită aici: Glassy gels toughened by solvent | Nature