Ny forskning från North Carolina State University visar att unika material med distinkta egenskaper som liknar dem hos geckofötter – förmågan att hålla sig till nästan vilken yta som helst – kan skapas genom att utnyttja vätskedrivet kaos för att producera mjuka polymermikropartiklar med hierarkisk förgrening på mikro- och nanoskala.

Resultaten, beskrivs i journalen Naturmaterial , håller potentialen för framsteg inom geler, pastor, mat, nonwovens och beläggningar, bland andra formuleringar.

De mjuka dendritiska partikelmaterialen med unika vidhäftande och strukturbyggande egenskaper kan skapas av en mängd olika polymerer som utfällts från lösningar under speciella förhållanden, säger Orlin Velev, S. Frank och Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering vid NC State och motsvarande författare till artikeln.

"Vi använder "flytande" nanotillverkning för att omvandla de flesta polymerer till grenade partiklar efter att ha löst upp polymeren och blandat lösningen snabbt med en annan vätska, ", sa han. "Denna snabba blandning i turbulent flöde skapar grenade partiklar organiserade på ett hierarkiskt sätt."

De tunnaste grenarna som omger dessa partiklar bildar en korona av nanofibrer, Velev lade till, som fördelar deras klibbighet genom molekylära attraktionskrafter som kallas van der Waals-krafter.

Det nya materialet är unikt inte bara i sin struktur, men också i sättet den är tillverkad.

"Användningen av turbulent flöde är vanligtvis inte känt som ett sätt att tillverka organiserade strukturer, " sa Velev. "Här, vi använder denna i sig kaotiska process för att skapa hierarkiska strukturer."

Den flytande processen som används för att skapa dessa material fungerar med många typer av polymerer och är i allmänhet effektiv och billig. Velev tillade att tillverkningsprocessen lätt kan skalas upp för att producera stora mängder av det mjuka nanomaterialet, vilket ofta är en utmaning för att tillverka material i mikro- och nanoskala.

Framtida forskning i Velevs labb kommer att försöka detaljera grunderna bakom detta överraskande fynd. Forskning kommer också att undersöka de olika typerna av polymer- och biopolymermaterial som kan skapas med hjälp av processen, inklusive beläggningar och ark som attraherar eller stöter bort vatten, till exempel, eller cellställningar och 3D-printpastor. NC State har lämnat in ett patent på de nya mjuka dendritiska materialen och processen för att skapa dem.

"Detta arbete är en illustration av hur grundläggande och tillämpad vetenskap kan fungera synergistiskt, sade Simeon Stoyanov, en forskningssamarbetspartner och medförfattare till artikeln. "Vi började med grundläggande vetenskapliga rön och när vi undersökte dem hittade vi många nya applikationer som superlim och beläggningar, vilket i sin tur väckte nya grundläggande frågor om deras egenskaper."