Napravljen superlepak koji pod vodom vezuje za samo 10 sekundi i ostaje čvrst godinama

Iako je lepak deo gotovo svega što koristimo, o njemu obično ne razmišljamo sve dok se ne odlepi đon na cipeli ili se ne ošteti neki komad nameštaja. Inženjeri, međutim, godinama pokušavaju da reše jedan mnogo složeniji problem – kako napraviti lepak koji će pouzdano funkcionisati pod vodom.

To je posebno važno za održavanje infrastrukture u okeanima, uključujući cevovode i druge konstrukcije koje se nalaze ispod površine vode.

Problem nastaje zato što molekuli vode prekrivaju površine i formiraju barijeru koja otežava prijanjanje. Voda takođe može da razgradi i spere lepljive materijale.

Istraživači su sada razvili snažan i u određenoj meri ponovo upotrebljiv lepak za primenu pod vodom, čiji način funkcionisanja zasnivaju na principu poznatom kao supramolekulska jonska tečnost.

Materijal funkcioniše kroz proces koji su istraživači opisali kao samosastavljanje posredovano razmenom rastvarača.

Supramolekulska hemija, poznata i kao „hemija izvan molekula“, bavi se načinom na koji se više molekula udružuje i formira složene strukture.

Istraživači su kombinovali fleksibilne i krute molekularne komponente kako bi napravili supramolekulsku jonsku tečnost označenu kao BP16TPB.

Zatim su je pomešali sa jakim rastvaračem dimetil-sulfoksidom (DMSO). On povoljno rastvara BP16TPB i razdvaja deo njegovih molekula na pokretne, naelektrisane čestice.

Kada materijal dođe u kontakt sa vodom, te razdvojene čestice se ponovo organizuju i zaključavaju u stabilnu novu strukturu. Upravo taj proces omogućava lepljenje površina pod vodom.

Voda više nije prepreka – materijal se aktivira u kontaktu sa njom

Nakon ponovnog spajanja, čestice formiraju vodonične veze, kao i još jednu vrstu interakcije poznatu kao π-π slaganje.

U proces je uključen i Marangonijev efekat, koji opisuje način na koji različite tečnosti reaguju na promene površinskog napona. Taj efekat je, između ostalog, odgovoran i za pojavu poznatu kao „suze vina“.

Marangonijev efekat ima primenu i u premazivanju površina, izradi aktuatora za kretanje i pomeranju tečnosti kroz kanale manje od širine ljudske dlake. On je takođe važan za oblast mikrofluidike, koja se koristi u uređajima kao što su testovi za trudnoću i inkdžet štampači.

Za novi lepak posebno je važno to što ima izražena hidrofobna svojstva. Ona omogućavaju istiskivanje sloja vode koji se formira na površinama ispod vode i koji inače predstavlja prepreku za lepljenje.

Prema istraživačima, kombinacija hidrofobnosti i neverbalentnih veza unutar supramolekulske strukture „pokreće prelazak na samom mestu primene iz tečnog prekursora u gustu, vodootpornu mrežu“. Na taj način se prethodno tečna i nestabilna supstanca pretvara u čvrstu lepljivu strukturu.

Istraživači su novi lepak ispitivali na različitim materijalima potopljenim u vodu, uključujući keramiku, epoksid i plastiku.

Rezultati su pokazali da je lepak istovremeno snažan i da se brzo stvrdnjava. Posle samo 10 sekundi očvršćavanja pod vodom izmerena je adhezivna čvrstoća od 1,1 milion paskala.

Prema rezultatima objavljenim u studiji, ta vrednost „značajno premašuje čvrstoću tradicionalnih lepkova za primenu pod vodom“. Novi materijal pokazao je i izuzetnu dugotrajnost.

Tokom više od tri godine neprekidnog boravka pod vodom, lepak je uspeo da nosi teret od dva kilograma.

„Ova dugoročna procena statičkog opterećenja predstavlja konačan dokaz koncepta, ukazujući na otpornost materijala na degradaciju usled vode na granici dodira i strukturno puzanje tokom više godina“, naveli su istraživači.

Može da se odvoji i ponovo zalepi, ali ima jedno ograničenje

Istraživači su ispitivali i mogućnost ponovne upotrebe materijala.

Njegovo odvajanje i ponovno pričvršćivanje pod vodom pokazalo je da lepak može pouzdano da zadrži svoja adhezivna svojstva tokom osam ciklusa.

Materijal je takođe funkcionisao u različitim rastvorima elektrolita, uključujući kisele, bazne i slane rastvore.

Ipak, ima i ograničenje – osetljiv je na temperature više od 70 stepeni Celzijusa.

„Ova studija nije samo predstavila podvodni lepak visokih performansi“, zaključili su istraživači, „već je predstavila i strategiju za unapređenje pametnih materijala koji reaguju na uslove životne sredine“, sa potencijalnim posledicama na globalnom nivou.

Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Communications.

preuzeto: rts.rs