نورنیوز-گروه بینالملل: اگرچه بسیاری از چیزهایی که داریم به هم چسبیدهاند، اما زیاد به چسبهای مدرن فکر نمیکنیم، تا زمانی که زیره کفشمان شل شود یا دسته مبلمان بشکند.
در مقابل، مهندسان زیاد به چسبها فکر میکنند و با یک مشکل بزرگ مواجه هستند؛ چسبها در زیر آب خوب کار نمیکنند و تلاشها برای حفظ زیرساختهای اقیانوسی مانند خطوط لوله را پیچیده میکنند.
این به این دلیل است که مولکولهای آب، سطوح را میپوشانند و یک مانع دافعه ایجاد میکنند. آب همچنین چسبها را فرسایش میدهد و میشوید.
اکنون محققان در یک مطالعه جدید، یک چسب مخصوص زیر آب که به شکل منحصر به فردی قوی و قابل استفاده مجدد است، ایجاد کردهاند که از طریق یک اصل شبیه به داستانهای علمی-تخیلی کار میکند.
این چسب چیزی است که به عنوان یک «مایع یونی فرامولکولی» شناخته میشود و از طریق خودآرایی با واسطه تبادل حلال عمل میکند.
بخش اول این عبارت به معنی شیمی فرامولکولی است که به عنوان «شیمی فراتر از مولکول» نیز شناخته میشود، زیرا با ترکیب بسیاری از مولکولها در ساختارهای پیچیده سروکار دارد.
بخش دوم به این معنی است که قرار دادن این چسب در معرض آب باعث میشود اتمهای آن دوباره جمع شوند و سطوح زیر آب را در این فرآیند به هم پیوند دهند.
محققان اجزای مولکولی انعطافپذیر و سفت را در یک مایع یونی فرامولکولی با نام BP16TPB ترکیب کردند. سپس آن را با حلال قوی «دیمتیل سولفوکسید»(DMSO) مخلوط کردند، به این معنی که DMSO به طور مطلوب BP16TPB را حل میکند و برخی از مولکولهای آن را به ذرات باردار متحرک تجزیه میکند.
این ذرات تجزیه شده در حضور آب، خود را دوباره سازماندهی میکنند و در یک ساختار جدید پایدار قفل میشوند. این امر به دلیل اتصال مجدد ذرات که پیوندهای هیدروژنی تشکیل میدهند و همچنین نوع دیگری از پیوند با نام «انباشتگی π-π» عمل میکند.
همچنین از «اثر مارانگونی»( Marangoni effect) استفاده میکند که نحوه واکنش مایعات مختلف به تغییرات کشش سطحی را تعیین میکند. این امر باعث ایجاد اثری موسوم به «اشک شراب» میشود.
«اثر مارانگونی» برای پوشش سطوح، ایجاد محرکهای شناور و حرکت مایعات از طریق کانالهای کوچکتر از موی انسان ضروری است و منجر به میدان میکروفلوئیدیک میشود که به نوارهای تشخیص بارداری و چاپگرهای جوهر افشان نیرو میدهد.
نکته مهم این است که این چسب جدید دارای خواص آبگریزی شدید است که لایه آبی را که روی سطوح زیر آب تشکیل میشود، دفع میکند و معمولاً به عنوان مانعی در برابر چسبندگی عمل میکند.
ترکیب همافزای آبگریزی و پیوندهای غیر کووالانسی ساختار فرامولکولی، انتقال درجا از یک پیشساز جریانپذیر به یک شبکه متراکم و مقاوم در برابر آب را هدایت میکند که ماده پیشچسب را از شلختگی به استحکام تبدیل میکند.
محققان چسب خود را روی طیف وسیعی از سطوح مواد غوطهور در آب، از جمله سرامیک، اپوکسی و پلاستیک آزمایش کردند.
این چسب، قدرت و گیرایی شدید خود را نشان داد و پس از تنها 10 ثانیه در زیر آب، قدرت چسبندگی 1.1 میلیون پاسکال را نشان داد که به طور قابل توجهی از چسبهای سنتی مخصوص زیر آب فراتر میرود.
علاوه بر این، دوام بالایی دارد و در طول بیش از ۳ سال غوطهوری مداوم در زیر آب، وزنی معادل ۲ کیلوگرم را تحمل کرده است.
محققان خاطرنشان میکنند: این ارزیابی بار استاتیک طولانیمدت به عنوان یک اثبات قطعی مفهوم عمل میکند و مقاومت این ماده در برابر تخریب آب سطحی و خزش ساختاری را در بازههای زمانی چند ساله برجسته میکند.
این چسب همچنین تا حدی قابل استفاده مجدد است، چرا که جدا کردن و اتصال مجدد آن در شرایط زیر آب نشان داد که میتواند به همان اندازه قابل اعتماد باشد و خواص چسبندگی خود را در طول ۸ چرخه حفظ کند.
همچنین در محلولهای الکترولیت مختلف، چه اسیدی، چه قلیایی یا شور کار میکند. با این حال، به دماهای بالاتر از ۷۰ درجه سانتیگراد حساس است.
محققان میگویند: این مطالعه نه تنها یک چسب مخصوص زیر آب با عملکرد بالا معرفی کرد، بلکه راهبردی برای پیشرفت مواد هوشمند سازگار با محیط زیست با پیامدهای جهانی ارائه داد.
این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.