De hydrogelschijf kan bij uitrekking 100 keer uitzetten
Lili Chen et al.
De hydrogel, die kan worden uitgerekt tot ongeveer 15 keer zijn oorspronkelijke lengte, is een van de meest elastische materialen die tot nu toe bekend zijn en zou kunnen worden gebruikt voor robotgrijpers of pezen.
Hydrogels, die zijn gemaakt van lange ketenachtige polymeermoleculen die met elkaar zijn verbonden door watermoleculen, staan bekend om hun rekbaarheid, maar keren vaak niet terug naar hun oorspronkelijke vorm als ze te ver worden uitgerekt.
Lili Chen van de Tsinghua Universiteit in Beijing en haar collega’s hebben een nieuw type hydrogel ontwikkeld dat extreem rekbaar is maar zijn oorspronkelijke vorm behoudt. Ze hebben de typische hydrogelstructuur aangepast door zogenaamde parelkettingkettingen in te voegen, die bestaan uit opgerolde polymeerkralen die met elkaar zijn verbonden door een keten van koolstofatomen. Ze kunnen zich ontvouwen onder stress en terugspoelen wanneer de stress wordt losgelaten.
Om deze ketens te maken, droogden Chen en haar team de hydrogel zodat de polymeerketens naar zichzelf werden aangetrokken, terwijl ze anders sterker door watermoleculen zouden worden aangetrokken.
Ze ontdekten dat een lengte van 30 centimeter van hun hydrogel tot bijna 5 meter kon uitrekken voordat hij binnen enkele seconden terugkeerde naar zijn oorspronkelijke lengte. Een schijf hydrogel van 2 centimeter breed, in alle richtingen naar buiten uitgerekt, kan in oppervlakte 100 keer uitzetten voordat hij terugkeert naar zijn oorspronkelijke grootte.
De onderzoekers creëerden ook opblaasbare hydrogel-robotgrijpers, ontworpen om kwetsbare voorwerpen voorzichtig te hanteren. Ze konden voorwerpen zoals aardbeien oppakken en waren buitengewoon goed bestand tegen beschadigingen. Ze bleven werken nadat iemand erop stapte of er met een naald in prikte.
“Hydrogels zijn meestal rekbaar maar niet zo elastisch, terwijl deze gel beide eigenschappen combineert om ultra-vervormbare en hyperelastische materialen te maken.” zegt Zehuan Huang van de Universiteit van Peking in China, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Ongetwijfeld vertegenwoordigt dit werk een grote doorbraak in hoogwaardige polymere materialen en zal het een aanzienlijke interesse in de exploitatie van hyperelastische gels in zachte robotica stimuleren.”
Onderwerpen: