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.