TSUKUBA, Japan, 12. April 2024 – (ACN Newswire) – Forscher der Universität für Landwirtschaft und Technologie Tokio (TUAT) haben neue Möglichkeiten zur Herstellung fein strukturierter weicher, flexibler und dehnbarer Materialien namens Hydrogele entwickelt. Ihre Arbeit erweitert das aufstrebende Gebiet der „Kirigami-Hydrogele“, bei denen Muster in einen dünnen Film geschnitten werden, der später zu komplexen Hydrogelstrukturen anschwellen kann. Die Forschung wird in der Zeitschrift Science and Technology of Advanced Materials veröffentlicht.
Hydrogele verfügen über ein Netzwerk aus wasseranziehenden (hydrophilen) Molekülen, wodurch ihre Struktur erheblich anschwillt, wenn sie Wasser ausgesetzt wird, das in das molekulare Netzwerk eingebaut wird. Die Forscher Daisuke Nakagawa und Itsuo Hanasaki arbeiteten mit einem zunächst trockenen Film aus Nanofasern aus Zellulose, dem natürlichen Material, das einen Großteil der Struktur pflanzlicher Zellwände bildet.
Mithilfe einer Laserbearbeitung schnitten sie Strukturen in die Folie, bevor sie Wasser hinzufügten, wodurch die Folie aufquellen konnte. Die besondere Gestaltung des Kirigami-Musters funktioniert so, dass die Breite bei Dehnung in Längsrichtung zunimmt, was als auxetische Eigenschaft bezeichnet wird. Diese auxetische Eigenschaft entsteht unter der Voraussetzung, dass die Dicke ausreichend zunimmt, wenn der ursprüngliche dünne Film nass ist.
„Da Kirigami wörtlich das Schnittdesign von Papieren bedeutet, war es ursprünglich für dünne Blattstrukturen gedacht. Andererseits manifestiert sich unser zweidimensionaler auxetischer Mechanismus, wenn die Dicke der Folie ausreichend ist, und diese Dreidimensionalität der Hydrogelstruktur entsteht durch Quellung, wenn sie verwendet wird. Es ist praktisch, es vor der Verwendung im trockenen Zustand aufzubewahren, anstatt den gleichen Wassergehalt wie das Hydrogel beizubehalten.“ sagt Hanasaki. „Außerdem bleibt die Auxetizität während der zyklischen Belastung erhalten, die dazu führt, dass das Hydrogel durch adaptive Verformung einen anderen Strukturzustand erreicht.“ Es wird wichtig für die Gestaltung intelligenter Materialien sein.“
Mögliche Anwendungen für die adaptiven Hydrogele sind weiche Komponenten von Robotertechnologien, die es ihnen beispielsweise ermöglichen, flexibel auf die Interaktion mit Objekten zu reagieren, die sie manipulieren. Sie können auch in Softschalter und Sensorkomponenten integriert werden. Hydrogele werden auch für medizinische Anwendungen erforscht, darunter Tissue Engineering, Wundauflagen, Arzneimittelabgabesysteme und Materialien, die sich flexibel an Bewegung und Wachstum anpassen können. Der vom TUAT-Team erzielte Fortschritt bei Kirigami-Hydrogeln erweitert die Möglichkeiten für zukünftige Hydrogel-Anwendungen erheblich.
„Die Beibehaltung der entworfenen Eigenschaften bei gleichzeitiger Anpassungsfähigkeit an die Umgebungsbedingungen ist für die Entwicklung der Multifunktionalität von Vorteil“, schließt Hanasaki.
Weitere Informationen
Itsuo Hanasaki
Universität für Landwirtschaft und Technologie Tokio
E-Mail: hanasaki@cc.tuat.ac.jp
Papier: https://doi.org/10.1080/14686996.2024.2331959
Über Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien (STAM)
Das Open-Access-Journal STAM veröffentlicht herausragende Forschungsartikel zu allen Aspekten der Materialwissenschaft, einschließlich funktionaler und struktureller Materialien, theoretischer Analysen und Materialeigenschaften. https://www.tandfonline.com/STAM
Dr. Yasufumi Nakamichi
STAM Verlagsleiter
Email: NAKAMICHI.Yasufumi@nims.go.jp
Pressemitteilung verteilt von Asia Research News für Science and Technology of Advanced Materials.
Thema: Zusammenfassung der Pressemitteilung
Quelle: Wissenschaft und Technologie fortgeschrittener Materialien
Sektoren: Chemikalien, Spez.Chem, Wissenschaft & Nanotechnologie
https://www.acnnewswire.com
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- Quelle: https://www.acnnewswire.com/press-release/english/90245/
