Na pierwszy rzut oka, informacje zawarte w artykule naukowym opublikowanym w periodyku ACS wydają się zdumiewające. Oto bowiem naukowcy twierdzą, że znaleźli sposób na skuteczne łączenie ze sobą twardych materiałów z miękkimi, bez potrzeby wykorzystania jakiegokolwiek fizycznego spoiwa. Fizycy z Uniwersytetu w Maryland informują bowiem, że twarde i miękkie materiały można połączyć ze sobą za pomocą… prądu elektrycznego.
W swojej pracy naukowcy wskazują, że przyłożenie niewielkiego ładunku elektrycznego do łączonych materiałów może skutecznie i trwale połączyć je ze sobą. Jakby tego było mało, dalsze prace wykazały, że efekt ten można bardzo prosto odwrócić. Gdy już bowiem mamy dwa materiały połączone ze sobą ładunkiem elektrycznym, wystarczy zmienić ładunek na przeciwny i spoiwo znika.
Zaskakujące, że nikt wcześniej takiego działania ładunku elektrycznego nie zauważył. Jakby nie patrzeć, dotychczas, aby połączyć ze sobą dwa, trzy czy więcej materiałów, powszechnie wykorzystywano klej lub różnego rodzaju taśmy klejące. Teraz okazuje się, że niewielki ładunek elektryczny jest w stanie zrobić to lepiej i — co ciekawe — trwalej. O ile skuteczność taśmy samoprzylepnej z czasem słabnie, o tyle ładunek elektryczny nie zmienia swoich właściwości.
Czytaj także: Naukowcy stworzyli najmocniejszy klej na świecie. Do jego produkcji wykorzystali plastikowe śmieci
Naukowcy wpadli na tę właściwość prądu, poszukując takiego sposobu łączenia ze sobą różnych materiałów, który w razie potrzeby będzie pozwalał na ich rozłączenie bez jakichkolwiek uszkodzeń. W przypadku standardowych klejów i taśm przylepnych jest to trudne, bowiem podczas rozłączania materiałów niezbędne jest pokonanie nie tylko sił elektrostatycznych, ale także mechanicznych.
Tutaj z pomocą przychodzi właśnie elektroadhezja, nad którą naukowcy pracują już od kilku dobrych lat. Mowa tutaj o niczym innym, jak o sterowanym elektrycznie przyciąganiu elektrostatycznym. Wystarczy do obu łączonych ze sobą materiałów przyłożyć prąd elektryczny, a natychmiast między nimi pojawią się odpowiednie wiązania chemiczne.
O ile wcześniej naukowcy stosowali takie podejście do materiałów miękkich, to teraz okazało się, że dokładnie w ten sam sposób można takie materiały trwale połączyć z twardymi materiałami, takimi jak na przykład grafit.
W toku eksperymentów okazało się, że nawet przy niewielkim napięciu przyłożonego prądu elektrycznego łączenie jest zaskakująco silne. W pierwszym eksperymencie badacze umieścili żel akryloamidowy, który został umieszczony między dwiema elektrodami. Przyłożenie napięcia rzędu 5 woltów pozwoliło na stworzenie tak silnych wiązań między żelem a elektrodą naładowaną dodatnio, że obu materiałów nie udało się od siebie oderwać. Przyłożenie większej siły doprowadziło do rozerwania żelu i pozostawienia na elektrodzie warstwy, która „przykleiła się do niej elektrycznie”.
Czytaj także: Nowy klej supramolekularny do kosmicznych zastosowań. Takiego jeszcze nie było
Sytuacja zmieniła się diametralnie po zamianie polaryzacji elektrod. Wiązania między elektrodą a żelem zniknęły, a takie same pojawiły się na drugiej elektrodzie, która przed zmianą była naładowana ujemnie, a teraz była naładowana dodatnie. To wskazuje, że nie ma potrzeby jakiegokolwiek odrywania jednego materiału od drugiego, bowiem po zmianie polaryzacji, wszystkie wiązania chemiczne między dwoma materiałami przestają istnieć.
W trakcie prac nad elektroadhezją naukowcy byli w stanie potwierdzić uniwersalność tego rozwiązania. Ładunek elektryczny równie skutecznie łączył ze sobą przeróżne metale z materiałami miękkimi, niezależnie od tego, czy były to żele, tkanki zwierzęce, owoce, czy warzywa. Szeroka paleta przeprowadzonych testów pozwoliła ustalić, że co do zasady twardszy materiał musi przewozić elektrony, a miękki musi zawierać jony soli. Reszta nie ma tutaj znaczenia.
Możemy być pewni, że nowe odkrycie bardzo szybko znajdzie praktyczne zastosowanie, zarówno w sektorze akumulatorów, jak i w szerokiej palecie rozwiązań biomedycznych. Z czasem z pewnością znajdą się także zastosowania, o których dzisiaj nikt jeszcze nie pomyślał.
