“المواد الهلامية الزجاجية” هي فئة جديدة من المواد القوية القابلة للتمدد واللزجة

يمكن أن تصبح “المواد الهلامية الزجاجية” فائقة المرونة والقابلة للشفاء والمصنوعة من المذيبات الأيونية والبوليمرات ذات يوم مكونات رئيسية في الطباعة ثلاثية الأبعاد والروبوتات الناعمة. وعلى الرغم من أنها تتكون من سائل بنسبة تتراوح بين 50 و60%، إلا أن الفئة الجديدة من المواد لا تجف أو تتبخر، ويمكنها تحمل الضغوط الهائلة، وتمتد حتى خمسة أضعاف شكلها الأصلي دون أن تنكسر.

لقد تخلى معظم الناس عن العدسات اللاصقة الصلبة والمتينة منذ سنوات مضت لصالح الخيارات القائمة على الهلام لأسباب مفهومة إلى حد ما – فالبوليمرات الهلامية الأكثر ليونة والمملوءة بالسائل هي بدائل أكثر راحة وقابلة للتنفس من أسلافها الزجاجية. ولكن بعد بعض التجارب المعملية الأخيرة، أنشأ الباحثون في جامعة ولاية كارولينا الشمالية فئة جديدة من المواد تجمع بين أفضل الخصائص لكلا الخيارين.

كما هو مفصل في دراسة نشرت في 19 يونيو طبيعة، تمتلك هذه المواد الهلامية الزجاجية أيضًا صفات لاصقة فريدة وتوصيل الكهرباء بكفاءة أكبر من المواد البلاستيكية الشائعة ذات السمات الفيزيائية المماثلة. وفقًا لمطوريها، فإن عملية التصنيع البسيطة نسبيًا تسمح للمواد الهلامية الزجاجية الخاصة بهم بالشفاء في أي قالب أو باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد.

“معظم المواد البلاستيكية ذات الخصائص الميكانيكية المماثلة تتطلب من الشركات المصنعة إنشاء بوليمر كمواد خام ثم نقل هذا البوليمر إلى منشأة أخرى حيث يتم صهر البوليمر وتشكيله في المنتج النهائي” مايكل ديكي، أستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في NCSU ومؤلف الورقة المقابلة ، قال في إعلان مصاحب.

ولصنع هلام زجاجي، قام ديكي ومعاونوه بخلط المادة الأولية السائلة للبوليمر الزجاجي مع مذيب سائل مصنوع من الأيونات. ثم يُسكب هذا المحلول في قالب ويُعالج باستخدام الأشعة فوق البنفسجية.

[Related: New, lightweight polymer is stronger than steel.]

“عادة عند إضافة مذيب إلى البوليمر، يقوم المذيب بدفع سلاسل البوليمر بعيدا، مما يجعل البوليمر ناعما وقابلا للتمدد. وأوضح ديكي أن هذا هو السبب في أن العدسات اللاصقة الرطبة تكون مرنة، بينما العدسات اللاصقة الجافة ليست كذلك. “في المواد الهلامية الزجاجية، يقوم المذيب بدفع السلاسل الجزيئية في البوليمر بعيدًا عن بعضها البعض، مما يسمح لها بالتمدد مثل الهلام. ومع ذلك، فإن الأيونات الموجودة في المذيب تنجذب بقوة إلى البوليمر، مما يمنع سلاسل البوليمر من الحركة.

عدم القدرة على الحركة يجعل الهلام زجاجيًا وصلبًا، لكنه لا يزال قابلاً للتمدد عند الحاجة. في حين يمكن استخدام بوليمرات متعددة لصنع المواد الهلامية الزجاجية، أشار ديكي أيضًا إلى أن البوليمرات المشحونة أو القطبية هي الأكثر فعالية لأنها تنجذب إلى السوائل الأيونية. ولكن على الرغم من أن الباحثين يعرفون كيف تعمل عوامل الجذب الأيونية هذه، إلا أن السبب وراء كون المواد الهلامية الزجاجية لاصقة يظل غامضًا بعض الشيء.

“[It is] قال ديكي: “ربما تكون السمة الأكثر إثارة للاهتمام”. “… لأنه بينما نفهم ما الذي يجعلها صلبة وقابلة للتمدد، لا يمكننا إلا أن نتكهن بما يجعلها لزجة إلى هذا الحد.”

وبينما لا يزال الفريق في مراحل التطوير المبكرة، فهو واثق من أن المواد الهلامية الزجاجية يمكن أن تحمل الكثير من الوعود عبر تطبيقات التصنيع والهندسة، ويبحثون بنشاط عن متعاونين جدد.