Montag, November 29, 2021
StartTECHNOLOGIEErstaunliches Video zeigt, dass superstarkes Jello intakt bleibt, nachdem es überfahren wurde

Erstaunliches Video zeigt, dass superstarkes Jello intakt bleibt, nachdem es überfahren wurde

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Forscher haben ein neues jello-ähnliches Material entwickelt, das dem Druck standhält, der dem Stehen auf einem Elefanten entspricht, und dennoch in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.

Noch bemerkenswerter ist, dass das Material – eine Art Hydrogel – zu 80 Prozent aus Wasser besteht.

„Bei einem Wassergehalt von 80 Prozent würde man meinen, es würde wie ein Wasserballon zerplatzen, aber das tut es nicht: Es bleibt intakt und hält enormen Druckkräften stand“, University of Cambridge, Forscher am Department of Chemistry Professor Oren A. Scherman, der die Entwicklung des Materials leitete, sagte in einer Pressemitteilung. „Die Eigenschaften des Hydrogels stehen scheinbar im Widerspruch zueinander.“

Der hohe Wassergehalt des Materials lässt es sich anfühlen und erscheinen wie matschiges Wackelpudding, aber wenn Druck ausgeübt wird, härtet das Material aus und wirkt wie ein ultrahartes, bruchsicheres Glas.

Zu den Verwendungen des Materials könnte die Entwicklung von weichen Robotern gehören, die Aufgaben ausführen könnten, die für traditionelle „harte“ Roboter zu heikel sind. Das Material könnte sogar wichtige Anwendungen in der Medizin haben und als Knorpelersatz für biomedizinische Zwecke dienen.

Der Schlüssel zur Stärke des Super-Jellos unter Kompression ist seine Nicht-Wasser-Komponente. Das Material enthält ein Netzwerk von Polymeren – große strähnige Ketten sich wiederholender Moleküle – die durch reversible Wechselwirkungen zusammengehalten werden, die die mechanischen Eigenschaften des Materials steuern.

Dies ist das erste Mal, dass einem Hydrogel eine solche Druckfestigkeit verliehen wurde, einem Material, das für seine Fähigkeit bekannt ist, eine große Menge Wasser zu halten und gleichzeitig die Struktur beizubehalten. Das macht dieses neue Super-Jello auch in einer Reihe von Materialien zu etwas Besonderem, die bereits für ihre einzigartigen Eigenschaften bekannt sind.

„Die Art und Weise, wie das Hydrogel der Kompression standhalten kann, war überraschend, es war nicht wie alles, was wir bei Hydrogelen gesehen haben“, sagte die Forscherin der University of Cambridge, Dr. Jade McCune. „Wir fanden auch heraus, dass die Druckfestigkeit einfach durch Änderung der chemischen Struktur des Gastmoleküls in der Handschelle kontrolliert werden kann.“

Das Verhalten von Materialien, ob sie weich oder fest, spröde oder fest sind, liegt an ihrer molekularen Struktur. Gummiartige Hydrogele zeigen Zähigkeit und Selbstheilungsfähigkeiten und sind dennoch flexibel und dehnbar. Bisher ist es jedoch eine Herausforderung, Hydrogele herzustellen, die einer Kompression standhalten, ohne dass sie zerdrückt werden.

Hinter der Kompressionsfestigkeit des Super Jello verbergen sich tonnenförmige Moleküle, die als Cucurbiturile bezeichnet werden und aus denen die Polymere bestehen. Wenn sie komprimiert sind, können Cucurbiturile Moleküle mit ihren Hohlräumen wie ein Paar molekulare Handschellen festhalten.

Diese Moleküle können längere Zeit in der Kavität verbleiben, was bedeutet, dass die Verbindungen zwischen den Molekülen intakt bleiben. Der Wechsel zwischen glasartig und jelloartig ist das Ergebnis dieser Verlangsamung der Dynamik des Materials. Das bedeutet, dass das Material bei Druckentlastung in seine ursprüngliche Form und Konsistenz „zurückprallen“ kann.

„Nach unserem besten Wissen werden zum ersten Mal glasartige Hydrogele hergestellt. Wir schreiben nicht nur etwas Neues in die Lehrbücher, was wirklich spannend ist, sondern schlagen ein neues Kapitel auf dem Gebiet auf von Hochleistungs-Weichmaterialien“, sagte Dr. Zehuan Huang, Forscher am Department of Chemistry von Yusuf Hamied.

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