Eine häufige chemische Reaktion, die die meisten Menschen aus erster Hand gesehen haben, ist die Inspiration für eine neue Methode zur Herstellung eines flexiblen Gelfilms, die zu Innovationen bei Sensoren, Batterien, Robotik und mehr führen könnte.
Ein von Texas Engineers geleitetes Forschungsteam entwickelte eine sogenannte „Dip-and-Peel“-Strategie für die einfache und schnelle Herstellung zweidimensionaler Ionogelmembranen. Durch das Eintauchen nachhaltiger Biomassematerialien in bestimmte Lösungsmittel reagieren die Moleküle auf natürliche Weise, indem sie sich am Rand des Materials zu funktionellen dünnen Filmen anordnen, die einfach mit einer einfachen Pinzette entfernt werden können.
Diese Strategie, so die Forscher, sei inspiriert von dem, was mit Milch bei erhöhten Temperaturen passiert – eine Reaktion, die wir im täglichen Leben oft beobachten.
„Beim Milchhauteffekt bildet sich beim Erhitzen ein Film auf der äußeren Milchschicht“, sagte Guihua Yu, Professor am Walker Department of Mechanical Engineering und Texas Materials Institute der Cockrell School of Engineering, der sich auf Materialwissenschaften konzentriert . „Wir haben uns von diesem Phänomen inspirieren lassen und es in verschiedenen Materialien untersucht, um multifunktionale Gelmembranen herzustellen, die sich leicht trennen lassen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natursynthese.
Diese Gele bestehen aus einem Polymernetzwerk, das von einer ionischen Flüssigkeit umgeben ist. Sie ähneln in ihrer Struktur Hydrogelen, bei denen Wasser das flüssige Element ist. Allerdings weisen Ionogele eine weniger starre Struktur auf, sodass sich die Ionen mehr bewegen können.
Aus diesem Grund sind sie sehr leitfähig und sehr empfindlich. Sie haben großes Potenzial als Sensoren, möglicherweise als Teil tragbarer Elektronik, die Bewegung, Herzschlag und andere Aspekte der Gesundheitsüberwachung genauer verfolgen könnten. Sie könnten sogar als Elektrolyt in Festkörperbatterien dienen, einem Teil der sichereren Batterie, der Ionen hin und her transportiert, um das Laden und Entladen zu erleichtern.
Die größte Innovation in der Forschung liegt im neuartigen Herstellungsprozess, der bei vielen verschiedenen Materialien funktioniert. Der Prozess kann hunderte oder tausende Male mit hoher Geschwindigkeit und geringen Kosten reproduziert werden. Und die Folien können leicht so dick oder dünn wie nötig manipuliert und geformt oder auf andere Materialien aufgetragen werden.
„Diese einfache, aber effektive lösungsmittelinduzierte Selbstorganisationsmethode ermöglicht wirklich eine schnelle und skalierbare Produktion von 2D-Funktionspolymerfilmen aus verschiedenen nachhaltigen Biomassematerialien, darunter Cellulose, Chitosan, Seidenfibroin, Guarkernmehl und mehr“, sagte Nancy (Youhong) Guo , einer der Hauptautoren des Papiers, ein ehemaliger Doktorand in Yus Labor und jetzt Postdoktorand am MIT.
Yu sagte, er hoffe, dass andere Forscher diese Technik aufgreifen und sie für verschiedene Technologien einsetzen würden. Zukünftig wird das Forschungsteam daran arbeiten, die mechanischen Eigenschaften für mehr Anwendungen und erweiterte Funktionalitäten für Technologien der nächsten Generation wie tragbare Elektronik, intelligente Robotik und künstliche Intelligenz weiter zu optimieren.
An dieser Forschung sind auch andere Mitarbeiter der Northeast Forestry University und der Shenyang University of Chemical Technology in China beteiligt.
Mehr Informationen:
Dawei Zhao, Eine allgemeine Strategie zur Synthese biomakromolekularer Ionogelmembranen durch lösungsmittelinduzierte Selbstorganisation, Natursynthese (2023). DOI: 10.1038/s44160-023-00315-5. www.nature.com/articles/s44160-023-00315-5