تولید هیدروژلی ۵ برابر سخت تر از فولاد برای مصارف پزشکی
دانشمندان یک ماده هیدروژل تولید کرده اند که توسط فیبرهایی با درجه سختی بیش از پنج برابر فولاد کربن تقویت شده است – اما همچنان به راحتی خم و کشیده می شود.
گویا آی تی – ترکیب این ویژگی ها بدین معناست که این پارچه جدید می تواند به عنوان اساس سازنده تاندون ها و رباط های مصنوعی برای درمان بیماری های حرکتی مورد استفاده قرار گیرد – یا اینکه در صنایع مختلف یا صنعت مد به کار رود، جایی که مواد بسیار سخت اما انعطاف پذیر مورد نیاز است.
پژوهشگران دانشگاه هوکایدوی ژاپن از طریق ترکیب هیدروژل های دارای میزان زیاد آب با پارچه فیبر شیشه پارچه ای به نام کامپوزیت نرم تقویت شده با فیبر (یا FRSC) تولید کرده اند.
جیان پینگ گونگ، یکی از این پژوهشگران می گوید، ” این ماده به دلیل داشتن پایداری، دوام و انعطاف پذیری، کاربردهای بالقوه متعددی دارد.”
ادغام دو ماده طبیعی برای ترکیب ویژگی های آنها ترفندی است که از دیرباز در بین مردم رایج بوده است – کاه و گل با هم ترکیب می شوند تا آجر ساخته شود و همچنین ترکیب کاغذ و چسب یک ترکیب بسیار سخت پدید می آورد.
در این روش شما به یک ماده برتر جدید دست پیدا می کنید که ترکیبی از بهترین ویژگی های دو ماده اولیه شما است.
این دانشمندان تولید ماده ای را آغاز کرده اند که با گرفتن بهترین خصوصیات هیدروژل ها بتواند بارهای سنگین را تحمل کند و همچنین در برابر شکستگی مقاوم باشد، همچنین با استفاده از فیبر شیشه بر دوام و سختی خود بیفزاید.
این گروه از دانشمندان خاطر نشان می کنند که استحکام شگفت انگیز این ماده کامپوزیت به واسطه پیوندهای یونی پویای موجود در بین فیبرها و هیدروژل ها و بین خود هیدروژل ها حاصل می شود. در پیوندهای یونی، اتم ها از طریق معاوضه الکترون ها به یکدیگر جذب می شوند.
همزمان با افزایش سختی هیدروژل ها توسط دانشمندان در آزمایشگاه، میزان سختی کلی این ماده کامپوزیت نیز بالا رفت.
پژوهشگران با اتکا بر مطالعات قبلی انجام شده بر روی هیدروژل ها در دانشگاه هوکایدو اشاره می کنند که می توان برای افزایش سختی مواد نرم دیگر مانند لاستیک نیز از این اصل مشابه استفاده کرد.
نتیجه پایانی این کار ماده ای است که از نظر انرژی مورد نیاز برای شکسته شدن، ۲۵ برابر سخت تر از پارچه فیبر شیشه، ۱۰۰ برابر سخت تر از هیدروژل ها و ۵ برابر محکم تر از فولاد کربن است.
اگرچه هیدروژل ها به عنوان موادی مناسب برای درمان زخم ها و ساختن روبات های نرم شناخته می شوند، اما عدم استحکام آنها کاربردهای آنها را محدود می کند – ایرادی که مسلماً با این پژوهش جدید برطرف خواهد شد.
این پژوهشگران در مقاله خود اشاره می کنند که، ” این کار پژوهشی راهبرد مناسبی در زمینه طراحی این ماده کامپوزیتی (FRSC) فرآهم می کند، ماده ای که دارای ظرفیت مقاومت خارق العاده در برابر شکستگی است. ”
این یافته ها در ژورنال Advanced Functional Materials منتشر شده است.
