‘Supergelei’ overleeft trap van een olifant (video)

Het zacht-maar-sterke materiaal, ontwikkeld door een team van de Universiteit van Cambridge, oogt en voelt als een kneedbare gelei, maar werkt als een ultrahard, onbreekbaar glas wanneer het wordt samengeperst.

Het niet-watergedeelte van het materiaal is een netwerk van polymeren die bij elkaar worden gehouden door omkeerbare aan/uit-interacties die de mechanische eigenschappen van het materiaal regelen. Dit is de eerste keer dat zo’n significante weerstand tegen compressie is bereikt in een zacht materiaal.

De ‘supergelei’ kan worden gebruikt voor een breed scala aan potentiële toepassingen, waaronder zachte robotica, bio-elektronica of kraakbeenvervanging voor biomedisch gebruik. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Nature Materials.

"Om materialen te maken met de mechanische eigenschappen die we willen, gebruiken we crosslinkers, waarbij twee moleculen via een chemische binding met elkaar worden verbonden", zegt eerste auteur Zehuan Huang. "We gebruiken omkeerbare crosslinkers om zachte en rekbare hydrogels te maken, maar het maken van een harde en samendrukbare hydrogel is moeilijk en het ontwerpen van een materiaal met deze eigenschappen is volledig contra-intuïtief."

Het team van Oren Scherman, dat het onderzoek leidde, gebruikte tonvormige moleculen, cucurbiturils genaamd, om een ​​hydrogel te maken die bestand is tegen compressie. De cucurbituril is het verknopende molecuul dat twee gastmoleculen in zijn holte vasthoudt – als een moleculaire handboei. De onderzoekers ontwierpen gastmoleculen die er de voorkeur aan geven langer dan normaal in de holte te blijven, waardoor het polymeernetwerk nauw verbonden blijft, waardoor het bestand is tegen compressie.

"Bij 80% watergehalte zou je denken dat het uit elkaar zou barsten als een waterballon, maar dat is niet zo: het blijft intact en is bestand tegen enorme drukkrachten", zegt Scherman. "De eigenschappen van de hydrogel lijken op gespannen voet met elkaar te staan."