هیدروژل تقویت شده؛ 5 برابر قوی‌تر از فولاد
هیدروژل‌ها پتانسیل بالایی در همه‌چیز، از پوشاندن زخم‌ها گرفته تا ساخت ربات‌های نرم‌تن دارند؛ اما کاربرد آن‌ها به دلیل پایین بودن سختی آن‌ها تا به امروز محدود بوده است. تیمی از دانشمندان دانشگاه هوکایدو دست به تولید مجموعه‌ی جدیدی از کامپوزیت‌های هیدروژلی یا ترکیبات نرم تقویت‌شده با الیاف زده است که شامل هیدروژل‌هایی همراه با پارچه‌ی فیبر بافته‌شده برای ساخت ماده‌ای است که نسبت به فولاد پُرکربن ۵ برابر قوی‌تر است.
مواد کامپوزیتی برای هزاران سال در اطراف ما بوده‌اند و اصل ساده‌ای دارند. یک ماده‌ی بسیار نرم مثل گِل می‌تواند با افزودن کاه به آن به‌اندازه‌ای محکم و قوی شود که از آن برای ساخت خشت استفاده می‌شود. چنین اصلی در مورد افزودن سفال خردشده به آجر، تکه‌های صدف به سرامیک و پشم‌شیشه به پلاستیک نیز صادق است.
گزینه‌ی آخر، افزودن پشم‌شیشه به پلاستیک، بسیار شبیه به هیدروژل تقویت‌شده با فیبر است. هیدروژل‌ها از زنجیره‌های پلیمری هیدروفیلیکی (آب‌دوست) ساخته شده‌اند که می‌توانند ۹۰ درصد آب را جذب کنند. آن‌ها خیلی قوی و ماندگار نیستند، اما با افزودن مقداری پشم‌شیشه، مقاوم شده و به یک ماده‌ی قابل‌انعطاف و کشسان تبدیل می‌شوند.
تصاویر میکروسکوپی از هیدروژل‌های تقویت‌شده
به گفته‌ی این تیم، کامپوزیت هیدروژلی مورد بحث به دلیل وجود پیوندهای یونی پویا و فعال میان هیدروژل‌ها و الیاف شیشه‌ای و همچنین درون خود هیدروژل‌ها بسیار قدرتمند است. در آزمایش‌های انجام‌شده که از ژل‌های پلی‌آمفولیت (polyampholyte) و الیاف شیشه‌ای با قطر ۱۰ میکرومتر استفاده شد، ماده‌ی به‌دست‌آمده توانست نسبت به پارچه‌های پشم‌شیشه‌ای ۲۵ برابر، نسبت به سایر هیدروژل‌ها ۱۰۰ برابر و نسبت به فولاد پرکربن ۵ برابر قوی‌تر ظاهر شود. نتایج این آزمایش بر اساس میزان انرژی موردنیاز برای تخریب این مواد به دست آمد.
دکتر جیان پینگ گونگ می‌گوید:
این هیدروژل‌های تقویت‌شده که ۴۰ درصد آن‌ها از آب است، کاملاً سازگار با محیط‌زیست هستند. این ماده به خاطر اعتمادپذیری بالا، دوام و انعطاف‌پذیری آن کاربردهای بالقوه‌ی فراوانی دارد. برای مثال، علاوه بر استفاده از این کامپوزیت در صنعت مُد و حوزه‌ی تولید، می‌توان از این هیدروژل در ساخت رباط‌ها و تاندون‌های مصنوعی که در معرض کشش‌های بسیار زیاد قرار دارند، استفاده کرد.
این تحقیق در مجله‌ی مواد کاربردی پیشرفته به چاپ رسیده است.
نظرات