Мягкие материалы можно скреплять одним лишь электричеством
Есть ли способ склеивать твёрдые и мягкие материалы без использования вспомогательных средств или веществ, например, скотча, клея или эпоксидной смолы? Новое исследование, опубликованное в издании ACS Central Science, показало: при подаче небольшого напряжения на определённые объекты образуются химические связи, которые надёжно соединяют предметы. Затем изменение направления потока электронов на противоположное легко разделяло два материала.
Клей скрепляет вещи благодаря механическим либо электростатическим силам, причём накрепко и практически неотвратимо для поверхностей. А если это соединение нужно прекратить, отменить? Вот почему в качестве альтернативы исследователи рассмотрели обратимые методы склеивания, включая электроадгезию (ЭА), то есть прилипание под воздействием электротока.
Впрочем, термин используют для описания нескольких разных явлений. Одно из них — пропускание электротока через два материала, что склеивает их благодаря притяжению или химическим связям. Ранее профессор химии из Университета Мэриленда Шриниваса Рагхаван с коллегами доказали, что ЭА может скреплять мягкие материалы с противоположными зарядами и даже пригодно для простых конструкций. При очередном своём исследовании учёные хотели посмотреть, может ли ЭА обратимо (на время) связывать твёрдый графит с мягкими материалами в виде биологических тканей.
Научный коллектив сначала испытал, как работает ЭА на двух графитовых электродах и кусочке акриламидного геля, то есть растворимого в воде вещества, обычного используемого для производства полимеров. Небольшое напряжение в 5 вольт подавали в течение нескольких минут, и гель надолго прилипал к аноду, то есть к электроду со значением «+». Возникшая химическая связь была очень прочной: когда учёные попытались разъединить склейку, гель порвался раньше, чем отстал от электрода.
А когда направление тока менялось на противоположное, графит и гель легко отделялись друг от друга. Наоборот, гель прилипал к другому электроду, который становился «плюсовым». Аналогичные тесты проводили на всевозможных материалах: металлах, различных видах гелей, мясе разных животных, фруктах и овощах. Такое разнообразие понадобилось, чтобы доказать универсальность обнаруженного явления.
Изучая ЭА, авторы научного проекта увидели, что твёрдому материалу необходимо быть проводником электронов, а мягкому — иметь в составе ионы соли. Так возникло предположение, что адгезия (прилипание) возникает за счёт химических связей меж поверхностями при обмене электронами. Гипотеза объясняет провальные попытки. Так, не прилипал титан и некоторые другие слишком «цепкие» металлы, крепко удерживающие свои электроны. А ещё не прилипали виноград и ряд фруктов с преобладанием сахара над солями.
Один из опытов доказал, что ЭА склеивает предметы и в воде, что расширяет спектр использования открытия.
Изученный эффект перспективен для гибридной робототехники с биологическими составляющими, улучшения медицинских имплантатов, внедрения в создание аккумуляторов и так далее.
Клей скрепляет вещи благодаря механическим либо электростатическим силам, причём накрепко и практически неотвратимо для поверхностей. А если это соединение нужно прекратить, отменить? Вот почему в качестве альтернативы исследователи рассмотрели обратимые методы склеивания, включая электроадгезию (ЭА), то есть прилипание под воздействием электротока.
Впрочем, термин используют для описания нескольких разных явлений. Одно из них — пропускание электротока через два материала, что склеивает их благодаря притяжению или химическим связям. Ранее профессор химии из Университета Мэриленда Шриниваса Рагхаван с коллегами доказали, что ЭА может скреплять мягкие материалы с противоположными зарядами и даже пригодно для простых конструкций. При очередном своём исследовании учёные хотели посмотреть, может ли ЭА обратимо (на время) связывать твёрдый графит с мягкими материалами в виде биологических тканей.
Научный коллектив сначала испытал, как работает ЭА на двух графитовых электродах и кусочке акриламидного геля, то есть растворимого в воде вещества, обычного используемого для производства полимеров. Небольшое напряжение в 5 вольт подавали в течение нескольких минут, и гель надолго прилипал к аноду, то есть к электроду со значением «+». Возникшая химическая связь была очень прочной: когда учёные попытались разъединить склейку, гель порвался раньше, чем отстал от электрода.
А когда направление тока менялось на противоположное, графит и гель легко отделялись друг от друга. Наоборот, гель прилипал к другому электроду, который становился «плюсовым». Аналогичные тесты проводили на всевозможных материалах: металлах, различных видах гелей, мясе разных животных, фруктах и овощах. Такое разнообразие понадобилось, чтобы доказать универсальность обнаруженного явления.
Изучая ЭА, авторы научного проекта увидели, что твёрдому материалу необходимо быть проводником электронов, а мягкому — иметь в составе ионы соли. Так возникло предположение, что адгезия (прилипание) возникает за счёт химических связей меж поверхностями при обмене электронами. Гипотеза объясняет провальные попытки. Так, не прилипал титан и некоторые другие слишком «цепкие» металлы, крепко удерживающие свои электроны. А ещё не прилипали виноград и ряд фруктов с преобладанием сахара над солями.
Один из опытов доказал, что ЭА склеивает предметы и в воде, что расширяет спектр использования открытия.
Изученный эффект перспективен для гибридной робототехники с биологическими составляющими, улучшения медицинских имплантатов, внедрения в создание аккумуляторов и так далее.
- Дмитрий Ладыгин
- phys.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....