Naukowcy opracowali hydrożel o zmiennej formie. To więcej, niż z pozoru może się wydawać
Wspomniany we wstępie zespół specjalistów opracował nanoprzewodowy kompozyt hydrożelowy, który może zmieniać swoją formę, przepuszczalność oraz właściwości za pomocą kontroli elektrochemicznej. Badanie opublikowane w Advanced Materials szczegółowo opisuje syntezę oraz potencjalne zastosowania tego innowacyjnego hydrożelu, który obiecuje zrewolucjonizować szereg dziedzin – od szeroko pojętego segmentu, który opiera się na różnych membranach aż po robotykę.
Czytaj też: Zmieniają ołówki w “złoto”. Niewiarygodne dokonania specjalistów od właściwości materiałów
Geniusz tego materiału leży w jego zdolności do kontrolowanego, jednoosiowego rozszerzenia się pod wpływem ujemnego napięcia. Rozszerzenie to jest bezpośrednim wynikiem wnikania cząsteczek wody do hydrożelu z powodu ładowania pojemnościowego. Co imponujące, hydrożel utrzymuje swój rozszerzony stan nawet po usunięciu pola elektrycznego, co stawia go na czele w różnych inteligentnych zastosowaniach. Opracowane z wykorzystaniem tego materiału elektroregulowane membrany, mogłyby dostosowywać swoje rozmiary porów pod wpływem przyłożonego napięcia, aby skutecznej separować różne substancje.
Co więcej, materiał można zaprojektować tak, aby przełączał się między stanami hydrofobowymi i hydrofilowymi, co czyni go idealnym do adaptacyjnej separacji skomplikowanych mieszanin, takich jak olej i woda lub różne rozpuszczalniki. Transformacyjny charakter tego hydrożelu rozciąga się również na robotykę miękką, gdzie mógłby być wykorzystany do naśladowania ruchów żywych organizmów, co stanowi znaczący skok w kierunku bardziej realistycznych sztucznych mięśni i siłowników.
Czytaj też: Oto najdroższe znane nauce materiały. Złoto to przy nich taniocha
Jednak mimo swoich wielu zalet, materiał stawia czoła wyzwaniom. Synteza obejmuje złożony proces filtracji próżniowej łączący nanowłókna celulozy z nanorurkami węglowymi, co może stanowić problem skalowalności dla masowej produkcji. Co więcej, hydrożel wymaga starannego suszenia i przechowywania, aby zapobiec degradacji. Kolejną przeszkodą jest kontrola elektryczna, bo tego typu materiał wymaga niskiego napięcia, ale dużej gęstości prądu, aby umożliwić pożądane rozszerzenie. Wymaga to starannego projektowania obwodu i źródła zasilania, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność systemu. Dodatkowo, chociaż przewodność w płaszczyźnie materiału jest wysoka, jego przewodność poza płaszczyzną nie jest równie mocna, co potencjalnie ogranicza jego zastosowanie w trójwymiarowych aplikacjach.
Czytaj też: Miały być zdjęcia meteorów, są obrazy przypominające Wojnę światów. NASA udostępniła fascynujące materiały
Problematyczna jest też sama wytrzymałość mechaniczna i twardość tego hydrożelu, który nie dorównuje jeszcze innym hydrożelom, co może wpłynąć na jego trwałość oraz wydajność pod obciążeniem lub przez dłuższy czas. Jednak i tak samo jego opracowanie stanowi znaczący krok w naukach o materiałach. W miarę jak wyzwania związane z syntezą i obsługą będą rozwiązywane, ten elektrochemicznie kontrolowany hydrożel będzie mógł stać się przełomowym elementem w projektowaniu adaptacyjnych i zaawansowanych systemów.
