Ученые создали суперклей, который держится годами и становится прочнее под водой

Фото из открытых источников

Хотя большая часть наших вещей склеена, мы не задумываемся о современных клеях — до тех пор, пока не отклеится подошва обуви или не развалится диван. Однако инженеры много думают о клеях, и у них есть серьезная проблема: клеи плохо работают под водой, что осложняет попытки обслуживания океанической инфраструктуры, такой как трубопроводы.

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

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые разработали уникально прочный, многоразовый подводный клей, работающий по принципу, звучащему как научная фантастика.

Это так называемая супрамолекулярная ионная жидкость, функционирующая за счет самосборки, опосредованной обменом растворителей – вот это да!

Первая часть, супрамолекулярная химия, также известна как «химия за пределами молекулы», поскольку она изучает объединение множества молекул в сложные структуры.

Вторая часть заключается в том, что воздействие воды на этот клей заставляет его атомы перестраиваться, образуя в процессе соединения подводные поверхности.

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

Затем его смешали с сильным сольватирующим растворителем — диметилсульфоксидом (ДМСО), что означает, что ДМСО благоприятно растворяет BP16TPB и расщепляет часть его молекул на подвижные заряженные частицы.

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

Это происходит благодаря тому, что соединяющиеся частицы образуют водородные связи, а также еще один тип связи с интересным названием: π-π-стэкинг.

Также используется эффект Марангони , который определяет, как различные жидкости реагируют на изменения поверхностного натяжения. Это приводит к эффекту «винных слез».

Помимо необычного винного фокуса, эффект Марангони играет важную роль в нанесении покрытий на поверхности, создании подвижных актуаторов и перемещении жидкостей по каналам тоньше человеческого волоса, что привело к развитию микрофлюидики, которая лежит в основе тест- полосок для определения беременности и струйных принтеров.

Важно отметить, что новый клей, разработанный исследователями, обладает чрезвычайно гидрофобными свойствами, которые отталкивают слой воды, образующийся на подводных поверхностях и обычно служащий барьером против адгезии.

Сообщается, что синергетическое сочетание гидрофобности и нековалентных связей супрамолекулярной структуры «обеспечивает переход in situ от текучего предшественника к плотной, водостойкой сетке», превращая предварительно адгезивное вещество из рыхлого в прочное.

Исследователи протестировали свой клей на различных поверхностях материалов, погруженных в воду, включая керамику, эпоксидную смолу и пластик.

Он оказался прочным и быстротвердеющим, демонстрируя прочность сцепления в 1,1 миллиона паскалей всего через 10 секунд подводного отверждения, что «значительно превосходит показатели традиционных подводных клеев».

Кроме того, он долговечен: он выдержал вес в 2 килограмма в течение более чем 3 лет непрерывного подводного погружения.

«Эта долговременная оценка статической нагрузки служит убедительным подтверждением концепции, демонстрируя устойчивость материала к деградации под воздействием межфазной воды и структурной ползучести в течение нескольких лет», — отмечают исследователи.

Кроме того, его можно использовать повторно до определенного момента. Отсоединение и повторное прикрепление в подводных условиях показали, что он может с одинаковой надежностью сохранять свои адгезионные свойства на протяжении 8 циклов.

Он работает в различных электролитных растворах, будь то кислые, щелочные или соленые. Однако он чувствителен к температурам, превышающим 70 градусов Цельсия.

«Это исследование не только представило высокоэффективный подводный клей, — заключают исследователи, — но и предложило стратегию развития экологически реагирующих интеллектуальных материалов», имеющую глобальные последствия.