مهندسون يصنعون صمغًا فائقًا يتماسك في 10 ثوانٍ، ويبقى لسنوات ويصبح أقوى تحت الماء

على الرغم من أن الكثير مما نمتلكه يتم لصقه معًا، إلا أننا لا نفكر كثيرًا في المواد اللاصقة الحديثة – حتى أ نعل الحذاء يأتي فضفاضا أو أريكتنا ينهار.

لكن المهندسين يفكرون في المواد اللاصقة كثيرًا، ويواجهون مشكلة كبيرة: المواد اللاصقة لا تعمل بشكل جيد تحت الماء، مما يعقد محاولات الحفاظ عليها. البنية التحتية المحيطية مثل خطوط الأنابيب.

وذلك لأن جزيئات الماء تغطي الأسطح، وتشكل حاجزًا مثيرًا للاشمئزاز. كما أنها تؤدي إلى تآكل المواد اللاصقة وغسلها.

وفي دراسة جديدة نشرت في اتصالات الطبيعةطور الباحثون مادة لاصقة قوية وفريدة من نوعها وقابلة لإعادة الاستخدام تحت الماء وتعمل من خلال مبدأ يبدو وكأنه خيال علمي.

وهو ما يعرف ب فوق الجزيئي سائل أيوني، يعمل من خلال التجميع الذاتي بوساطة تبادل المذيبات – أوه!

الجزء الأول، الكيمياء فوق الجزيئية، يُعرف أيضًا باسم “الكيمياء وراء الجزيء”لأنه يتعامل مع العديد من الجزيئات التي تتحد في هياكل معقدة.

أما الجزء الثاني فيعني أن تعريض هذه المادة اللاصقة للماء يجعلها تعيد تجميع ذراتها، مما يؤدي إلى ربط الأسطح تحت الماء في هذه العملية.

قام الباحثون بدمج المكونات الجزيئية المرنة والصلبة في سائل أيوني فوق الجزيئي يسمى BP16TPB.

ثم قاموا بخلطه مع المذيب القوي ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)، مما يعني أن DMSO يذيب بشكل إيجابي BP16TPB ويقسم بعض جزيئاته إلى جزيئات متحركة مشحونة.

وفي وجود الماء، تعيد هذه الجسيمات المنقسمة تنظيم نفسها، وتستقر في بنية جديدة مستقرة.

يعمل هذا بسبب إعادة توحيد الجزيئات التي تشكل روابط هيدروجينية، بالإضافة إلى نوع آخر من الروابط يحمل اسمًا شهيًا: تكديس π-π.

كما أنه يستفيد تأثير مارانجوني، الذي يملي كيف تتفاعل السوائل المختلفة مع التغيرات في التوتر السطحي. وهذا يسبب “دموع النبيذتأثير.

بالإضافة إلى خدعة النبيذ الثلاثي، يعد تأثير Marangoni جزءًا لا يتجزأ من طلاء الأسطح، إنشاء مشغلات السباحة، وانتقال السوائل عبر قنوات أصغر من شعرة الإنسان، مما يؤدي إلى مجال الموائع الدقيقة تلك القوى شرائط الحمل والطابعات النافثة للحبر.

والأهم من ذلك، أن المادة اللاصقة الجديدة للباحثين لها خصائص كارهة للماء للغاية، والتي تطرد طبقة الماء التي تتشكل على الأسطح تحت الماء وتعمل عادة كحاجز ضد الالتصاق.

مزيج تآزري من الكارهة للماء والروابط غير التساهمية للبنية فوق الجزيئية يقال “يدفع التحول في الموقع من مادة قابلة للتدفق إلى شبكة كثيفة مقاومة للماء” والتي تحول المادة ما قبل اللصق من قذرة إلى قوية.

اختبر الباحثون المادة اللاصقة على مجموعة من الأسطح المادية المغمورة بالمياه، بما في ذلك السيراميك والإيبوكسي والبلاستيك.

لقد أثبت قوته وسرعة ضبطه، حيث أظهر قوة لاصقة تبلغ 1.1 مليون باسكال بعد 10 ثوانٍ فقط من المعالجة تحت الماء، “يتجاوز بشكل كبير المواد اللاصقة التقليدية تحت الماء”.

بالإضافة إلى ذلك، فهو يدوم طويلاً: فهو يدعم وزن 2 كجم (4.4 رطل) طوال أكثر من 3 سنوات من الغمر المستمر تحت الماء.

“إن تقييم الحمل الثابت طويل المدى هذا بمثابة دليل قاطع على المفهوم، حيث يسلط الضوء على مقاومة المادة لتدهور المياه السطحية والزحف الهيكلي على مدى فترات زمنية متعددة السنوات،” الباحثون أشير.

كما أنها قابلة لإعادة الاستخدام إلى حد ما. وقد أثبت فصله وإعادة توصيله في الظروف تحت الماء أنه يمكنه الاحتفاظ بخصائصه اللاصقة بشكل موثوق طوال 8 دورات.

ذات صلة: أول “سبائك خارقة” في العالم يمكن أن تغير طريقة تصنيع المعادن

ويعمل في متفاوتة المنحل بالكهرباء المحاليل سواء كانت حمضية أو قلوية أو مالحة. ومع ذلك، فهو حساس لدرجات الحرارة التي تتجاوز 70 درجة مئوية (158 درجة فهرنهايت).

يقول الباحثون: “لم تقدم هذه الدراسة مادة لاصقة عالية الأداء تحت الماء فحسب”. اختتم”ولكنها قدمت أيضًا استراتيجية لتطوير المواد الذكية المستجيبة للبيئة” ذات العواقب العالمية.

وقد نشر هذا البحث في اتصالات الطبيعة.