مجید جویا: آیا ترکیبی از آب و خاک رس می‌تواند جایگزین پلاستیک شود؟ آرزوی رفع نیاز جهان به نفت خام، تا کنون انگیزه بخش انواع و اقسام اقدامات پژوهشی در حوزه تولید سوخت‌های جدید بوده است، ولی تولید صنعتی پلاستیک هم نیاز به مصرف مقدار زیادی از نفت خام دارد. پژوهشگران دانشگاه توکیو در ژاپن، فکر می‌کنند که برای این مشکل هم راه حلی یافته‌اند.
به گزارش نیوساینتیست، تاکوزو آیدا و گروه پژوهشگران همکارش، چند گرم از خاک رس را با 100 گرم آب و در حضور مقادیر اندکی از یک عامل غلظت دهنده که سدیوم پلی‌کریلات نام دارد و یک «چسب مولکولی» آلی مخلوط کردند. عامل غلظت دهنده رس را به صفحات نازکی تبدیل می‌کند، و سطح آن را افزایش می‌دهد، و به این ترتیب سبب می‌شود که چسب با در اختیار داشتن سطح بیشتر برای براقراری اتصال، بهتر عمل کند.
این به این معنی است که، به رغم این که تقریبا 98 درصد این ترکیب از آب تشکیل شده است، محصول نهایی شکل یک هیدروژل شفاف و قابل انعطاف را به خود خواهد گرفت که مقاومت مکانیکی کافی برای ساخت یک پل خود ایستا به عرض 3.5 سانتی‌متر را خواهد داشت.
هیدروژل خود ترمیم
به گفته آیدا مقاومت مواد بستگی به جمع نیروهای عمل کننده بین مولکول‌ها در نانو صفحات رس و چسب دارد. این نیروهای به اصطلاح سوپر مولکولی، مانند اتصالات هیدرووژنی، همچنین کمک می‌کنند تا مولکول‌های آب بین صفحات رس محبوس شوند.
برخی دیگر از هیدروژل‌ها برای مقاومت خود، به جای اتصالات سوپرمولکولی به اتصالات شیمیایی کووالانسی متکی هستند. ولی یک مشکل این اتصال‌ها به گفته آیدا این است که هنگامی که اتصال کووالانسی تضعیف شود، ماده به طور غیر قابل بازگشتی قدرت خود را از دست می‌دهد. ولی در عوض در مدل آیدا، نیروهای سوپرمولکولی می‌توانند به راحتی دوباره شکل بگیرند، و در نتیجه اگر ماده تحت فشار دوام نیاورد و اتصالاتش از هم باز شوند، می‌تواند به سرعت به حالت اول بازگردد و مقاومت خود را به دست بیاورد.
آیدا می‌گوید که این ژل به سه دقیقه زمان برای شکل گرفتن نیاز دارد، و ساختن آن نیز نیاز به هیچ آشنایی خاصی با فرایندهای شیمیایی ندارد، و این یکی از دلایلی است که این کار کریگ هاوکر از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا را تحت تاثیر قرار داده است. وی که در جریان این پژوهش دخالت نداشت، در این رابطه می‌گوید: «یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های این کار سادگی کلی این فرایند است که خواص فیزیکی استثنایی محصول نهایی نیز به آن افزوده می‌شود».
خانواده جدیدی از مواد
هاوکر می‌گوید: «سختی، خود ترمیمی و استحکام تنها بخشی از خواص فیزیکی اولیه‌ای هستند که در این خانواده جدید از مواد یافت می‌شوند. من پیش‌بینی می‌کنم که این رویکرد منجر به طراحی و تولید موادی در آینده نزدیک شود که حتی از این هم بیشتر ما را به تعجب وادارند».
ژیان پینگ گونگ، دانشمند پلیمر در دانشگاه هوکایدو در ساپوروی ژاپن می‌گوید که این پژوهش، «زیبا» است ولی اشاره می‌کند که قدرت مکانیکی این ماده نتوانسته است به آن حدی که در پلاستیک‌ها و ژل‌های با اتصالات شیمیایی موجود است دست یابد.
آیدا اما در پاسخ می‌گوید که با در نظر گرفتن این که شفافیت خیلی هم اهمیت ندارد، افزایش قدرت این ماده به سادگی و با افزایش سهم خاک رس، سدیوم پلی‌کریلات و چسب در محصول امکان پذیر است، و تنها چیزی که در این میان از دست می‌رود، میزان شفافیت محصول نهایی است.
نظر شما