Har du någonsin testat att måla ovanpå silikon? Efter några timmar, färgen kommer att lossna. Irriterande. Silikon är en så kallad polymer med låg ytenergi, välkänd från flexibla bakningsformer:Ett syntetiskt material som har extremt låg vidhäftning eller "klibbighet". Teflon är likaså icke-klibbig och välkänd från stekpannor. Forskare från Kiel University (Tyskland) har nu utvecklat den första tekniken som kan förena dessa två "osammanfogningsbara" material. Tekniken tillämpar passiva nanoskalade kristalllinkers som interna häftklamrar. Nanoklammerna öppnar för lösningar på ett stort antal tekniska utmaningar, till exempel inom medicinteknik.

Arbetet som utförs inom det DFG-finansierade Collaborative Research Center 677 "Function by Switching" publicerades idag i den vetenskapliga tidskriften Avancerade material .

"Om nanoklammerna gör att även extrema polymerer som teflon och silikon fastnar vid varandra, de kan sammanfoga alla typer av andra plastmaterial", säger professor Rainer Adelung. Adelung leder gruppen för funktionella nanomaterial vid Institutet för materialvetenskap i Kiel och leder forskningsprojektet från materialvetenskapens sida. Den nya tekniken att sammanfoga material utan kemiska modifieringar kan användas, enligt Adelung, i en mängd olika vardagsliv och högteknologiska tillämpningar. Tekniken är lätt att använda och kräver ingen dyr utrustning eller material.

Länkarna är mikro- och nanoskalade kristaller gjorda av zinkoxid. De är formade som tetrapoder, där fyra ben sticker ut från utgångspunkten. Storskaliga tetrapoder är kända för sin förmåga att låsa sig och bilda starka bindningar, till exempel inom kustskyddet.

Under anslutningsprocessen, zinkoxidkristallerna strös jämnt på ett uppvärmt lager av teflon. Sedan, ett lager silikon hälls ovanpå. För att sammanfoga materialen ordentligt, de upphettas sedan till 100°C i mindre än en timme. "Det är som att häfta två icke-klibbiga material från insidan med kristallerna:När de värms upp, nanotetrapoderna mellan polymerskikten tränger igenom materialen, sjunka in i dem, och bli förankrad", förklarar Xin Jin, publikationens första författare, som för närvarande arbetar med sin doktorsavhandling. Hennes kollega och handledare, Dr Yogendra Kumar Mishra, förklarar den vidhäftande principen:"Om du försöker dra ut en tetrapod på ena armen från ett polymerlager, formen på tetrapoden kommer helt enkelt att få tre armar att gräva sig djupare och hålla sig ännu fastare."

I högteknologiska företag som medicinteknik, det finns en stark efterfrågan på innovativa sätt att tillverka polymerer, speciellt silikon, hålla sig till andra material, till exempel för att vidareutveckla andningsmasker, implantat eller sensorer. Medicinska tillämpningar kräver material som är absolut ofarligt, dvs biokompatibel. Många sammanfogningsmetoder involverar kemiska reaktioner, som kan förändra polymerernas egenskaper och kan orsaka skadliga eller till och med toxiska effekter på organismer. Tetrapodhäftningen, tvärtom, är en rent mekanisk process. Därför antar Kiel-teamet att det är biokompatibelt.

Med tetrapodklammerna, forskarna har uppnått en klibbighet – den så kallade skalhållfastheten – på 200 Newton per meter, vilket liknar att skala av tejp från glas. "Den klibbighet vi har uppnått med nanotetrapoderna är anmärkningsvärd, för så långt vi kunde verifiera, ingen har någonsin fått silikon och teflon att fästa vid varandra alls", säger medförfattaren Lars Heepe, Doktorand från Zoological Institute of Kiel University, som exakt mätte vidhäftningen och beskrev hur det häftade materialet ser ut på mikroskopisk skala. "Att mäta vidhäftning kvantitativt är inte så lätt som det ser ut, exakta experiment måste utföras för att bevisa länkarnas funktion och utesluta alla fel", säger professor Stanislav Gorb, leder gruppen Funktionell morfologi och biomekanik.