RW Space

Хотя большая часть того, что у нас есть, склеена, мы не особо задумываемся о современных клеях — пока не оторвется подошва обуви или не рухнет наш диван.

Но инженеры много думают о клеях, и у них есть серьезная проблема: клеи плохо работают под водой, что усложняет попытки поддерживать океанскую инфраструктуру, такую ​​​​как трубопроводы.

Это потому, что молекулы воды покрывают поверхности, образуя отталкивающий барьер. Они также разрушают и смывают клеи.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, исследователи разработали уникально прочный, многоразовый подводный клей, который работает по научно-фантастическому принципу.

Это то, что известно как супрамолекулярная ионная жидкость, функционирующая посредством самосборки, опосредованной обменом растворителя – фу!

Первая часть, супрамолекулярная химия, также известна как «химия». за пределами молекулы», потому что он имеет дело со многими молекулами, объединяющимися в сложные структуры.

Вторая часть означает, что воздействие воды заставляет этот клей заново собирать атомы, связывая при этом подводные поверхности.

Исследователи объединили гибкие и жесткие молекулярные компоненты в супрамолекулярную ионную жидкость, обозначенную BP16TPB.

Затем они смешали ее с сильным сольватирующим растворителем диметилсульфоксидом (ДМСО), что означает, что ДМСО благоприятно растворяется. BP16TPB и расщепляет некоторые его молекулы на подвижные заряженные частицы.

В присутствии воды эти разделенные частицы реорганизуются, образуя новую стабильную структуру.

Это работает за счет воссоединения частиц, образующих водородные связи, а также другого типа связи с аппетитным названием: π-π-упаковка.

Это также использует эффект Марангони, который определяет, как реагируют различные жидкости. к изменению поверхностного натяжения. Это вызывает эффект «слёз вина».

Помимо трипового трюка с вином, эффект Марангони является неотъемлемой частью покрытия поверхностей, создания плавательных приводов и перемещения жидкостей по каналам размером меньше человеческого волоса, что привело к созданию области микрофлюидики, которая используется в полосках для беременных и струйных принтерах.

Важно, что новый клей исследователей обладает исключительными гидрофобными свойствами, которые вытесняют слой воды, который образуется на подводных поверхностях и обычно действует как барьер против адгезии.

Сообщается, что синергетическое сочетание гидрофобности и нековалентных связей супрамолекулярной структуры «приводит к переходу in-situ от текучего предшественника к плотной водостойкой сетке», которая превращает предварительно клейкое вещество из неряшливого в прочное.

Исследователи протестировали свой клей на различных поверхностях материалов, погруженных в воду, в том числе керамика, эпоксидная смола и пластик.

Он оказался прочным и быстросхватывающимся, продемонстрировав силу сцепления 1,1 миллиона паскалей всего за 10 секунд отверждения под водой, что «значительно превышает прочность традиционных подводных клеев».

Кроме того, он долговечен: он выдерживает вес в 2 килограмма (4,4 фунта) в течение более 3 лет. лет непрерывного погружения под воду.

«Эта долгосрочная оценка статической нагрузки служит окончательным подтверждением концепции, подчеркивая устойчивость материала к разложению межфазной воды и структурной ползучести в течение многих лет», — отмечают исследователи.

Его также можно использовать повторно до определенной степени. Отсоединение и повторное присоединение его в подводных условиях показало, что он может так же надежно сохранять свои адгезионные свойства в течение 8 циклов.

По теме: Первый в мире «суперсплав» может изменить способ производства металлов

И он работает в различных растворах электролитов, будь то кислые, щелочные или соленые. Однако он чувствителен к температурам, превышающим 70 градусов по Цельсию (158 градусов по Фаренгейту).

«Это исследование не только представило высокоэффективный подводный клей, — заключают исследователи, — но и представило стратегию продвижения экологически чистых интеллектуальных материалов» с глобальными последствиями.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.