Ученые придумали, как использовать вместо клея электричество
Электричество вместо клея предложили использовать для соединения частей из различных по структуре материалов ученые с кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета Мэриленда, 13 марта сообщил отдел новостей Американского химического общества (ACS).
Положительные результаты исследования такой возможности были представлены научным коллективом в статье «Универсальный способ „склеивания“ капсул и гелей в трехмерные структуры с помощью электроадгезии», опубликованной в ACS Central Science.
В ней авторы продемонстрировали использование электроадгезии, индуцируемой электрическим полем, для соединения различных материалов в трехмерные структуры. Они показали, каким образом приложение небольшого напряжения к определенным объектам (катионным и анионным материалам) образует химические связи, надежно соединяющие их вместе, а изменение направления тока легко их разделяет.
Такие материалы могут быть различного происхождения, например, ковалентно сшитые гидрогели, полученные полимеризацией заряженных мономеров, или физические гели/капсулы, образованные ионным сшиванием биополимеров, в том числе таких как альгинат и хитозан.
Эффект электроадгезии может быть использован для создания биогибридных роботов, улучшении функций биомедицинских имплантатов, а также в новых аккумуляторных технологиях.
Соединения двух деталей с помощью клеев происходит за счет механических или электростатических сил. Причем такое соединение иногда трудно и даже невозможно разъединить. Ученые из Мэриленда предложили в качестве альтернативы электроадгезию.
Этот термин применяется для описания нескольких различных явлений, в том числе эффекта, проявляющегося в том, что пропускание электрического тока через два материала приводит к их слипанию из-за взаимного притяжения или образования химических связей.
Ранее команда Рагхавана продемонстрировала, что электроадгезия способна «склеивать» мягкие, противоположно заряженные материалы и в некоторых случаях создавать простые структуры. В новом исследовании ученые проверили возможность связать с ее помощью твердый материал (в эксперименте это графит) с мягким, например, с тканью животного.
Они сначала проверили действие электроадгезии, взяв два графитовых электрода и акриламидный гель и приложив к электродам на несколько минут напряжение в 5 В. Гель прилип к положительно заряженному электроду. При этом прочность возникшей химической связи была так велика, что попытка разъединить их привела к разрыву геля.
Однако изменение направления тока привело к тому, что графит и гель легко разделились со ставшим отрицательным электродом, а гель прилип к другому электроду, теперь заряженному положительно. В экспериментах были использованы различные материалы: металлы вместо графита, различные гелевые композиции, ткани животных, фруктов и овощей, — с целью определить универсальность этого феномена.
Таким образом, эффект электроадгезии, как установили исследователи, возникал в случае, когда твердый материал был проводником, а мягкий содержал ионы солей. Они предполагают, что такая адгезия возникает за счет химических связей, образующихся между поверхностями после обмена электронами.
Эта гипотеза объясняет, почему те металлы, которые прочно удерживают свои электроны, например, титан, и некоторые фрукты, в которых больше сахара, чем солей, например, виноград, иногда не прилипают при подаче напряжения.
В завершающем эксперименте команда продемонстрировала, что электроадгезия может происходить и под водой, что дает этому методу еще более широкий спектр возможных применений. В том числе для создания новых видов аккумуляторных батарей, новых технологий биогибридной робототехники и биомедицинской трансплантологии и в ряде других приложений.
