علمی، پژوهشی و فناوری

ابداع ژل‌های شیشه‌ای نشکن با کابردهای متنوع

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری :  بیش از 50 درصد از مادۀ تشکیل‌کنندۀ این ژل‌های شیشه‌ای مایع می‌باشد، که خاصیت ارتجاعی و چسبندگی آنها را افزایش می‌دهد. علی‌رغم این واقعیت که تولید ژل‌های شیشه‌ای ساده است، این ماده نویدبخش کاربردهای متنوعی خواهد بود.

فرآیند ساخت این مواد شامل مخلوط کردن پیش‌سازهای پلیمری با مایع یونی و پخت با نور ماوراءبنفش است، که امکان تولید آسان و پتانسیل کاربرد گسترده در صنایعی مانند الکترونیک و تجهیزات پزشکی را فراهم می‌کند.

ژل‌ها و پلیمرهای شیشه‌ای دسته‌هایی از مواد هستند که در طول تاریخ متمایز از یکدیگر دیده می‌شوند. پلیمرهای شیشه‌ای، سخت، سفت و اغلب شکننده هستند. از آنها برای ساختن مواردی مانند بطری‌های آب یا پنجره‌های هواپیما استفاده می‌شود. ژل‌هایی مانند لنز چشم حاوی مایع و نرم و کشسان هستند.

طراحی مواد نوآورانه

مایکل دیکی، نویسندۀ مسئول این مطالعه گفت: ما دسته‌ای از مواد را ایجاد کردیم که آنها را ژل‌های شیشه‌ای نامیدیم. این مواد به سختی پلیمرهای شیشه‌ای هستند، اما اگر نیروی کافی اعمال کنید، می‌توانند تا پنج برابر طول اولیۀ خود کشیده شوند، امّا شکسته نمی‌شوند. هنگامی که مواد کشیده شد، می‌توانید با اعمال حرارت، آن را به شکل اولیۀ خود بازگردانید. علاوه بر این، سطح ژل‌های شیشه‌ای بسیار چسبنده است که برای مواد سخت، غیرمعمول می‌باشد.

دکتر میکسیانگ وانگ، نویسندۀ ارشد این مقاله نیز بیان کرد: نکتۀ کلیدی متمایزکنندۀ ژل‌های شیشه‌ای این است که بیش از 50 درصد مایع هستند، که همین موضوع باعث می‌شود رسانای الکتریسیۀ کارآمدتری نسبت به پلاستیک‌های معمولی با ویژگی‌های فیزیکی مشابهی داشته باشند.

وانگ تصریح کرد: با توجه به تعداد خواص منحصر به‌فردی که این ژل‌های شیشه‌ای دارند، ما بسیار خوشبین هستیم که در کاربردهای گوناگون مفید باشند.

چگونگی تولید و خصوصیات

همان‌گونه که از نام این محصول مشخص است، ژل‌های شیشه‌ای در واقع ماده‌ای هستند که برخی از جذاب‌ترین خواص پلیمرهای شیشه‌ای و ژل‌ها را با یکدیگر ترکیب می‌کنند. محققان برای ساختن آنها از پیش‌سازهای مایع پلیمرهای شیشه‌ای شروع و آنها را با یک مایع یونی مخلوط می‌کنند. این مایع ترکیبی در قالب ریخته می‌شود و در معرض نور ماوراء‌بنفش قرار می‌گیرد. سپس قالب برداشته می‌شود و ژل شیشه‌ای باقی می‌ماند.

دیکی در این باره عنوان کرد: مایع یونی مانند آب یک حلال می‌باشد، امّا کاملاً از یون ساخته شده است. معمولاً وقتی یک حلال به پلیمر اضافه می‌کنید، حلال زنجیره‌های پلیمری را از هم جدا و پلیمر را نرم و قابل کشش می‌کند. به همین دلیل لنز چشمی مرطوب و انعطاف‌پذیر است و لنز خشک اینطور نیست. در ژل‌های شیشه‌ای، حلال زنجیره‌های مولکولی پلیمر را از هم جدا می‌کند که به آن اجازه می‌دهد مانند ژل قابل کشش باشد. با وجود این، یون‌های موجود در حلال به شدت به پلیمر جذب می‌شوند که از حرکت زنجیره‌های پلیمری جلوگیری به عمل می‌آورد. ناتوانی زنجیر در حرکت، موضوعی است که آن را شیشه‌ای می‌کند. نتیجۀ نهایی باعث می‌شود که این ماده به دلیل نیروهای جاذب، سخت باشد، امّا به دلیل فاصلۀ اضافی همچنان می‌تواند کشیده شود.

تطبیق‌پذیری و پتانسیل کاربردی

محققان متوجه شدند که ژل‌های شیشه‌ای را می‌توان با انواع مختلفی از پلیمرها و مایعات یونی ساخت، اگرچه نمی‌توان از تمام انواع پلیمر برای ایجاد ژ‌ل‌‌های شیشه‌ای استفاده کرد.

دیکی اعلام کرد: پلیمرهایی باردار یا قطبی، نویدبخش ژل‌های شیشه‌ای هستند، چرا که جذب مایع یونی می‌شوند.

در این آزمایش، محققان کشف کردند که ژل‌های شیشه‌ای تبخیر یا خشک نمی‌شوند، حتی اگر 50 تا 60 درصد از مایع تشکیل شده باشند.

به گفتۀ دیکی شاید جذاب‌ترین ویژگی ژل‌های شیشه‌ای، چسبندگی آنها باشد. چون با وجود اینکه می‌دانیم چه موردی آنها را سخت و کشدار می‌کند، نمی‌دانیم چه ماده‌ای باعث چسبناکی آنها می‌شود.

کاربردهای عملی و چشم‌انداز آینده

محققان فکر می‌کنند که ژل‌های شیشه‌ای برای کاربردهای عملی نویدبخش هستند، چرا که ساخت آنها آسان است.

مایکل دیکی نیز در این باره تصریح کرد: ایجاد ژل‌های شیشه‌ای فرآیند ساده‌ای است که می‌توان آن را در هر نوع قالب یا با پرینت سه‌بُعدی انجام داد. بیشتر پلاستیک‌ها با ویژگی‌های مکانیکی مشابه، نیازمند این هستند که تولیدکنندگان پلیمر را به عنوان مواد اولیه تولید کنند و سپس آن پلیمر را به یک تأسیسات دیگر انتقال دهند، که در آنجا پلیمر ذوب شده و به محصول نهایی تبدیل می‌شود.

وی اعلام کرد: ما هیجان زیادی داریم تا ببینیم چگونه می‌توان از ژل‌های شیشه‌ای استفاده کرد، به همین دلیل آمادۀ همکاری با همکاران برای شناسایی کاربردهای این مواد هستیم.

مقالۀ «ژل‌های شیشه‌ای سخت شده توسط حلال»، 19 ژوئن در مجلۀ Nature منتشر شد.