مواد و ساخت پیشرفته

آیا راهی برای چسباندن مواد سخت و نرم بدون نوارچسب، چسب مایع یا اپوکسی وجود دارد؟

یک مطالعه جدید منتشر شده در ACS Central Science نشان می‌دهد که اعمال یک ولتاژ کوچک به اجسام خاص، پیوندهای شیمیایی تشکیل می‌دهد که به طور ایمن اجسام را به یکدیگر متصل می‌کند و معکوس کردن جهت جریان الکترون به راحتی این دو ماده را از هم جدا می‌نماید! این اثر چسبندگی الکتریکی می‌تواند به ایجاد ربات‌های بیوهیبرید، بهبود ایمپلنت‌های زیست‌پزشکی و فعال کردن فناوری‌های جدید باتری کمک کند.

هنگامیکه از یک چسب برای اتصال دو چیز استفاده می‌شود، سطوح را از طریق نیروهای مکانیکی یا الکترواستاتیک متصل می‌کند. اما گاهی اوقات خنثی کردن آن جاذبه‌ها یا پیوندها اگر غیرممکن نباشد، دشوار است. به عنوان یک جایگزین، روش‌های چسبندگی برگشت‌پذیر از جمله چسبندگی الکتریکی (EA) در حال بررسی هستند. هر چند این اصطلاح برای توصیف چند پدیده مختلف استفاده می‌شود ولی یک تعریف شامل عبور جریان الکتریکی از طریق دو ماده است که باعث می‌گردد آنها به لطف جاذب‌ها یا پیوندهای شیمیایی به هم بچسبند.

پیش از این سرینواسا راگاوان و همکارانش نشان دادند که چسبندگی الکتریکی می‌تواند مواد نرم و دارای بار مخالف را در کنار هم نگه دارد و حتی برای ساخت سازه‌های ساده از آن استفاده شود. این بار آنها می‌خواستند ببینند آیا چسبندگی الکتریکی می‌تواند به طور برگشت‌پذیر یک ماده سخت مانند گرافیت را به یک ماده نرم مانند بافت حیوانی متصل کند یا خیر. این تیم ابتدا چسبندگی الکتریکی را با استفاده از دو الکترود گرافیتی و یک ژل آکریل آمید آزمایش کردند. یک ولتاژ کوچک (5 ولت) برای چند دقیقه اعمال شد که باعث شد ژل به طور دائم به الکترود دارای بار مثبت بچسبد.

پیوند شیمیایی حاصل آنقدر قوی بود که وقتی یکی از محققان سعی کرد این دو قطعه را از هم جدا کند، ژل قبل از جدا شدن از الکترود پاره شد. نکته قابل توجه  این بود که زمانیکه جهت جریان معکوس شد، گرافیت و ژل به راحتی از هم جدا شدند و ژل به جای آن به الکترود دیگر که اکنون بار مثبت داشت چسبید. آزمایش‌های مشابهی بر روی انواع مختلفی از مواد - فلزات، ترکیبات مختلف ژل، بافت‌های حیوانی، میوه‌ها و سبزیجات - برای تعیین فراگیر بودن این پدیده انجام شد.

برای اینکه چسبندگی الکتریکی رخ دهد، این محققان دریافتند که ماده سخت باید الکترون‌ها را رسانا کند و مواد نرم باید حاوی یون‌های نمک باشند. این ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از فلزاتی که به شدت روی الکترون‌های خود نگه می‌دارند، از جمله تیتانیوم و برخی از میوه‌هایی که حاوی قند بیشتری نسبت به نمک هستند از جمله انگور، در برخی موقعیت‌ها نمی‌چسبند. یک آزمایش نهایی نشان داد که چسبندگی الکتریکی می‌تواند کاملاً در زیر آب رخ دهد و طیف وسیع‌تری از کاربردهای احتمالی را نشان می‌دهد. این تیم می‌گوید که این کار می‌تواند به ایجاد باتری‌های جدید، فعال کردن رباتیک بیوهیبرید، تقویت ایمپلنت‌های زیست پزشکی و موارد دیگر کمک کند.

منبع

ارتباط با ستاد در صفحات تلگرام - اینستاگرام - بله