„Kleben“ weicher Materialien ohne Klebstoff

Wenn Sie ein Fan von Kunst und Handwerk sind, sind Sie wahrscheinlich mit der unordentlichen, klebrigen und frustrierenden Natur von flüssigen Klebstoffen vertraut. Aber Forscher melden sich ACS Angewandte Materialien und Grenzflächen haben jetzt eine brandneue Möglichkeit, matschige Sachen zusammenzuschweißen, ohne dass Klebstoff benötigt wird. Sie haben eine universelle „Electroadhesion“-Technik demonstriert, mit der weiche Materialien aneinander haften können, indem einfach Strom durch sie geleitet wird.

Es gibt einen Klebstoff für fast jede Situation, egal ob es sich um Kunststoff, Stoff, Holz oder mehr handelt. Aber die Dinge werden ein bisschen schwierig, wenn Materialien weich und matschig sind, wie Gewebe oder künstlich hergestellte Organe. Strategien wie der 3D-Druck vermeiden Klebstoffe vollständig, indem sie eine ganze Struktur – wie ein Organ – auf einmal miteinander verschmelzen.

Dies kann jedoch langsam und mühsam sein und erfordert eine fortschrittliche technische Ausrüstung. Eine weitere Alternative könnte die Elektroadhäsion sein, bei der ein elektrisches Feld verwendet wird, um entgegengesetzt geladene Materialien zusammenzuhalten und Bindungen zwischen den Materialkomponenten zu bilden. Dies kann chemische Bindungen wie ionische Bindungen oder mehr physikalische Verbindungen wie das Zusammenbinden von Polymerketten beinhalten.

Außerdem funktioniert es mit kaum mehr als einer Haushaltsbatterie und einer Bleistiftmine. Zuvor zeigten Srinivasa Raghavan und Kollegen, dass Elektroadhäsion ein Gel ohne Nähte reversibel an einem Gewebe halten kann. Aber jetzt wollten sie sehen, ob die Technik für zwei beliebige Materialien funktionieren könnte, da sie entgegengesetzte Ladungen haben, um sie präzise und reversibel zusammenzuhalten.

Um das Phänomen zu untersuchen, testete das Team ein Gel zusätzlich zu drei Arten von Kapseln aus Alginat oder Chitosan – beides natürlich vorkommende Polymere – die entweder positiv oder negativ geladen waren. Wenn sie an Graphitelektroden befestigt und etwa 10 Sekunden lang einem elektrischen Feld von 10 V ausgesetzt wurden, klebten die entgegengesetzt geladenen Materialien zusammen.

Diese Verbindung war stark genug, um der Schwerkraft zu widerstehen, und Beweise aus früheren Experimenten deuten darauf hin, dass sie jahrelang halten könnte. Durch Umkehren des Stromflusses wurde die Verbindung jedoch leicht gebrochen. Das Team baute Ketten und sogar 3D-Würfel aus einzelnen, kugelförmigen Kapseln zusammen.

Die Forscher verwendeten auch Elektroadhäsion, um Kapseln nach ihren Ladungen zu sortieren, indem sie entweder ein geladenes Gel auf mehrere Kapseln legten oder sie mit einem „Roboter“ mit der Fingerspitze berührten, der die Kapseln an sich selbst klebte. Die Forscher sagen, dass diese Arbeit die Universalität der Elektroadhäsion demonstriert und eines Tages in der Robotik und der Gewebezüchtung eingesetzt werden könnte.