Οι ερευνητές αποκαλύπτουν πώς αντιδρούν τα μαλακά υλικά σε παραμόρφωση σε μοριακό επίπεδο
Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, έχει αναπτύξει μια νέα τεχνική για να μελετήσει πώς τα μαλακά υλικά, όπως το καουτσούκ και το ανόητο στόκο, αντιδρούν σε παραμόρφωση σε μοριακό επίπεδο. Τα ευρήματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Materials, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους σχεδιασμού και μηχανικών υλικών με βελτιωμένες ιδιότητες για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
"Τα μαλακά υλικά είναι παντού γύρω μας", δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Ting Xu. "Χρησιμοποιούνται σε όλα, από τα ελαστικά μέχρι τα παιχνίδια, από τα ιατρικά εμφυτεύματα έως τη συσκευασία τροφίμων, αλλά μέχρι τώρα δεν είχαμε έναν καλό τρόπο να μελετήσουμε πώς συμπεριφέρονται αυτά τα υλικά σε μοριακό επίπεδο όταν παραμορφώνονται".
Η νέα τεχνική, που ονομάζεται "φασματοσκοπία δύναμης ενός μορίου", χρησιμοποιεί μια μικροσκοπική γυάλινη βελόνα για να διερευνήσει τις μηχανικές ιδιότητες των μεμονωμένων μορίων. Συνδέοντας το ένα άκρο ενός μορίου στη γυάλινη βελόνα και το άλλο άκρο σε μια επιφάνεια, οι ερευνητές μπορούν να εφαρμόσουν μια δύναμη στο μόριο και να μετρήσουν τον τρόπο με τον οποίο ανταποκρίνεται.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φασματοσκοπία μονής μορίων για να μελετήσουν μια ποικιλία από μαλακά υλικά, συμπεριλαμβανομένου του καουτσούκ, του ανόητου στόκου και της ζελατίνης. Διαπίστωσαν ότι όλα αυτά τα υλικά εμφάνισαν παρόμοια απάντηση στην παραμόρφωση:έγιναν πιο σκληρές καθώς ήταν τεντωμένες.
"Αυτό ήταν απροσδόκητο", δήλωσε ο Xu. "Θεωρήσαμε ότι τα μαλακά υλικά θα γίνουν πιο συμβατά καθώς ήταν τεντωμένα, αλλά βρήκαμε το αντίθετο να είναι αληθινό".
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η ενίσχυση των μαλακών υλικών υπό παραμόρφωση οφείλεται σε μια αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Όταν τα υλικά αυτά τεντώνονται, τα μόρια γίνονται πιο ευθυγραμμισμένα και σχηματίζουν ισχυρότερους δεσμούς μεταξύ τους. Αυτό κάνει τα υλικά πιο σκληρά.
Τα ευρήματα αυτής της μελέτης θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους σχεδιασμού και μηχανικών υλικών με βελτιωμένες ιδιότητες για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Για παράδειγμα, οι ερευνητές λένε ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων υλικών που είναι πιο ανθεκτικά στη φθορά ή που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ιατρικά εμφυτεύματα για την προώθηση της επισκευής ιστών.
"Είμαστε ενθουσιασμένοι για τις δυνατότητες αυτής της νέας τεχνικής που θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τις μηχανικές ιδιότητες των μαλακών υλικών σε μοριακό επίπεδο", δήλωσε ο Xu. "Πιστεύουμε ότι αυτή η γνώση θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών με βελτιωμένες ιδιότητες για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών".
