I en världs första prestation, forskare från RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan, tillsammans med kollegor från National Institute of Material Science och University of Tokyo, har utvecklat en ny hydrogel vars egenskaper domineras av elektrostatisk avstötning, snarare än attraktiva interaktioner.

Enligt Yasuhiro Ishida, chef för Emergent Bioinspired Soft Matter Research Team, arbetet började från en smygande upptäckt, att när titanat nano-ark suspenderas i en vattenhaltig kolloidal dispersion, de riktar sig ansikte mot ansikte i ett plan när de utsätts för ett starkt magnetfält. Fältet maximerar den elektrostatiska avstötningen mellan dem och lockar dem till en kvasi-kristallin struktur. De orienterar sig naturligtvis ansikte mot ansikte, åtskilda av de elektrostatiska krafterna mellan dem.

För att skapa det nya materialet, forskarna använde den nyupptäckta metoden för att ordna lager av arken i ett plan, och när arken var inriktade i planet, fixerade den magnetiskt inducerade strukturorden genom att transformera dispersionen till en hydrogel med användning av ett förfarande som kallas ljusutlöst in-situ vinylpolymerisation. Väsentligen, ljuspulser används för att stelna den vattenhaltiga lösningen till en hydrogel, så att arken inte längre kunde röra sig.

Genom att göra det här, de skapade ett material vars egenskaper domineras av elektrostatisk avstötning, samma kraft som får vårt hår att ta slut när vi rör vid en skåpbilsgenerator.

Tills nu, konstgjorda material har inte utnyttjat detta fenomen, men naturen har. Brosk har sin förmåga att tillåta praktiskt taget friktionslös mekanisk rörelse inom lederna, även under hög kompression, till de elektrostatiska krafterna inuti den. Elektrostatiska frånstötande krafter används på olika platser, som maglevtåg, fordonsupphängningar och icke -kontaktlager, men fram till nu, materialdesign har överväldigande fokuserat på attraktiva interaktioner.

Det resulterande nya materialet, som innehåller det första exemplet på laddade oorganiska strukturer som inriktas ko-faciellt i ett magnetiskt flöde, har intressanta egenskaper. Det deformeras lätt när skjuvkrafter appliceras parallellt med de inbäddade nano-arken, men motstår starkt tryckkrafter som appliceras ortogonalt.

Enligt Ishida, "Detta var en överraskande upptäckt, men en som naturen redan har använt sig av. Vi räknar med att konceptet att bädda in anisotrop avstötande elektrostatik i ett kompositmaterial, baserad på inspiration från ledbrosk, kommer att öppna nya möjligheter för att utveckla mjuka material med ovanliga funktioner. Material av detta slag kan användas i framtiden inom olika områden från regenerativ medicin till exakt maskinteknik, genom att tillåta skapande av artificiellt brosk, anti-vibrationsmaterial och andra material som kräver motstånd mot deformation i ett plan. "