Направљен суперлепак који под водом везује за само 10 секунди и остаје чврст годинама

Иако је лепак део готово свега што користимо, о њему обично не размишљамо све док се не одлепи ђон на ципели или се не оштети неки комад намештаја. Инжењери, међутим, годинама покушавају да реше један много сложенији проблем – како направити лепак који ће поуздано функционисати под водом.

То је посебно важно за одржавање инфраструктуре у океанима, укључујући цевоводе и друге конструкције које се налазе испод површине воде.

Проблем настаје зато што молекули воде прекривају површине и формирају баријеру која отежава пријањање. Вода такође може да разгради и спере лепљиве материјале.

Истраживачи су сада развили снажан и у одређеној мери поново употребљив лепак за примену под водом, чији начин функционисања заснивају на принципу познатом као супрамолекулска јонска течност.

Материјал функционише кроз процес који су истраживачи описали као самосастављање посредовано разменом растварача.

Супрамолекулска хемија, позната и као „хемија изван молекула“, бави се начином на који се више молекула удружује и формира сложене структуре.

Истраживачи су комбиновали флексибилне и круте молекуларне компоненте како би направили супрамолекулску јонску течност означену као BP16TPB.

Затим су је помешали са јаким растварачем диметил-сулфоксидом (DMSO). Он повољно раствара BP16TPB и раздваја део његових молекула на покретне, наелектрисане честице.

Када материјал дође у контакт са водом, те раздвојене честице се поново организују и закључавају у стабилну нову структуру. Управо тај процес омогућава лепљење површина под водом.

Вода више није препрека – материјал се активира у контакту са њом

Након поновног спајања, честице формирају водоничне везе, као и још једну врсту интеракције познату као π-π слагање.

У процес је укључен и Марангонијев ефекат, који описује начин на који различите течности реагују на промене површинског напона. Тај ефекат је, између осталог, одговоран и за појаву познату као „сузе вина“.

Марангонијев ефекат има примену и у премазивању површина, изради актуатора за кретање и померању течности кроз канале мање од ширине људске длаке. Он је такође важан за област микрофлуидике, која се користи у уређајима као што су тестови за трудноћу и инкџет штампачи.

За нови лепак посебно је важно то што има изражена хидрофобна својства. Она омогућавају истискивање слоја воде који се формира на површинама испод воде и који иначе представља препреку за лепљење.

Према истраживачима, комбинација хидрофобности и невербалентних веза унутар супрамолекулске структуре „покреће прелазак на самом месту примене из течног прекурсора у густу, водоотпорну мрежу“. На тај начин се претходно течна и нестабилна супстанца претвара у чврсту лепљиву структуру.

Истраживачи су нови лепак испитивали на различитим материјалима потопљеним у воду, укључујући керамику, епоксид и пластику.

Резултати су показали да је лепак истовремено снажан и да се брзо стврдњава. После само 10 секунди очвршћавања под водом измерена је адхезивна чврстоћа од 1,1 милион паскала.

Према резултатима објављеним у студији, та вредност „значајно премашује чврстоћу традиционалних лепкова за примену под водом“. Нови материјал показао је и изузетну дуготрајност.

Током више од три године непрекидног боравка под водом, лепак је успео да носи терет од два килограма.

„Ова дугорочна процена статичког оптерећења представља коначан доказ концепта, указујући на отпорност материјала на деградацију услед воде на граници додира и структурно пузање током више година“, навели су истраживачи.

Може да се одвоји и поново залепи, али има једно ограничење

Истраживачи су испитивали и могућност поновне употребе материјала.

Његово одвајање и поновно причвршћивање под водом показало је да лепак може поуздано да задржи своја адхезивна својства током осам циклуса.

Материјал је такође функционисао у различитим растворима електролита, укључујући киселе, базне и слане растворе.

Ипак, има и ограничење – осетљив је на температуре више од 70 степени Целзијуса.

„Ова студија није само представила подводни лепак високих перформанси“, закључили су истраживачи, „већ је представила и стратегију за унапређење паметних материјала који реагују на услове животне средине“, са потенцијалним последицама на глобалном нивоу.

Истраживање је објављено у часопису Nature Communications.