Skelný gel v plné parádě. Kredit: Meixiang Wang.

Gely a skelné polymery si obvykle představíme jako hodně odlišné typy materiálů. Skelné polymery (glassy polymer) jsou tvrdé, tuhé a často křehké. Používají se například při výrobě lahví na vodu nebo oken pro letadla. Oproti tomu gely, které se používají například pro kontaktní čočky, obsahují značný podíl kapaliny a jsou měkké a pružné.

Michael Dickey. Kredit: North Carolina State University.

Meixiang Wangová z americké North Carolina State University a její kolegové nedávno vymysleli úplně novou třídu materiálů, která v sobě spojuje příznivé vlastnosti zdánlivě nesmiřitelných skelných polymerů a gelů. Nazvali je skelné gely (glassy gel). Tyto zázračné materiály jsou velice pevné a tuhé, i když obsahují více než 50 procent kapaliny. Jejich výroba je velmi snadná, což je spolu s jejich vlastnostmi předurčuje k zajímavým aplikacím.

Jak barvitě líčí vedoucí týmu Michael Dickey, jejich skelné gely jsou stejně pevné jako skelné polymery. Pokud se ale na ně vyvine dostatečně velká síla, je možné skelné gely natáhnout až na pětinásobek původní velikosti, aniž by došlo k jejich roztržení. Tím ale ještě magie nekončí. Roztažený skelný gel je možné snadno vrátit do původní velikosti zahřátím. Zajímavým bonusem je, že povrch skelných gelů je vysoce přilnavý, což je u tvrdých materiálů dost neobvyklé.

Logo. Kredit: North Carolina State University.

Wangová k tomu nadšeně dodává, že vzhledem k vysokému obsahu kapaliny jsou skelné gely podstatně lepšími vodiči elektřiny než klasické polymery se srovnatelnými charakteristikami. Také nevyschnou, i když obsahují spoustu kapaliny. Wangová a její kolegové jsou vzhledem k množství předností rozhodně optimističtí, pokud jde uplatnění jejich skelných gelů.

Jak takový zázrak vyrobit? Vědci nejprve vzali kapalné prekurzory skelných polymerů a smíchali je s iontovou kapalinou, přičemž je možné použít různé polymery a různé kapaliny. Výsledná směs se nalije do formy a vystaví se působení UV záření, které materiál vytvrdí. Poté už jen stačí odstranit formu a vznikne produkt ze skelného gelu. Nebo je možné „polotovar“ před vytvrzením vytisknout 3D tiskárnou.

Iontová kapalina funguje jako rozpouštědlo tvořené ionty. Normálně takové rozpouštědlo vytvoří měkký a pružný materiál. Ve skelných gelech rozpouštědlo tlačí molekulární řetězce v polymeru od sebe, díky čemuž je materiál roztažitelný jako gel. Zároveň jsou ale ionty rozpouštědla silně přitahovány k polymeru, což brání molekulárním řetězcům v pohybu. Proto jsou skelné gely tak pevné. Uvidíme, kde všude se skelné gely uplatní.

Video: Glassy Gels Toughened by Solvent

Literatura

North Carolina State University 19. 6. 2024.

Nature online 19. 6. 2024.