Vitrigele bestehen aus starren Polymeren, die denen ähneln, die zur Herstellung von Wasserflaschen oder Flugzeugfenstern verwendet werden, kombiniert mit ionischen Flüssigkeiten. Diese einzigartige Kombination ermöglicht es dem Material, mehr als 50 % seines Flüssigkeitsgehalts beizubehalten und dabei hart und schwer zu brechen zu bleiben. Tatsächlich können diese Gele sich bis auf das Fünffache ihrer ursprünglichen Länge dehnen, ohne zu brechen, im Gegensatz zu herkömmlichen glasigen Polymeren, die im Allgemeinen spröde sind.
Michael Dickey, Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen an der North Carolina State University und korrespondierender Autor der Studie, erklärt: "Wir haben Materialien geschaffen, die so hart sind wie glasige Polymere, aber erheblich gedehnt werden können, wenn genügend Kraft angewendet wird. Zudem können diese Materialien bei Hitze ihre ursprüngliche Form wieder annehmen." Diese Eigenschaften werden durch starke elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Ionen des Lösungsmittels und den Polymerketten erreicht, die verhindern, dass sich diese bewegen, während der freie Raum zwischen ihnen vergrößert wird.
Vitrigele zeichnen sich auch durch ihre hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit aus, die die von herkömmlichen Kunststoffen übertrifft. Meixiang Wang, Hauptautor der Studie und Postdoktorand an der North Carolina State University, betont: "Ihr hoher Flüssigkeitsgehalt macht sie effizienter bei der Leitung von Elektrizität als Kunststoffe mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften."
Die Herstellung von Vitrigelen ist relativ einfach: Die Forscher mischen die flüssigen Präkurse der Polymere mit einer ionischen Flüssigkeit und setzen die Mischung dann dem UV-Licht aus, um sie zu härten. Dieser einfache Prozess ermöglicht die kostengünstige Produktion dieser Materialien, sei es durch Gießen oder 3D-Druck.
Ein weiterer großer Vorteil von Vitrigelen ist ihre Selbstheilungsfähigkeit. Bei einem Schnitt oder Bruch genügt die einfache Anwendung von Wärme, um das Material zu reparieren. Diese Eigenschaft, kombiniert mit ihrer hohen Haftfähigkeit, macht diese Gele besonders interessant für Anwendungen wie weiche Roboter-Greifer oder medizinische Vorrichtungen.
Die Forscher, deren Studie in Nature veröffentlicht wurde, haben verschiedene Polymere und ionische Flüssigkeiten getestet, um diese Gele zu erzeugen, und damit den Weg für eine Vielzahl möglicher Kombinationen geebnet, um spezifische Bedürfnisse zu erfüllen. Obwohl nicht alle Polymerklassen geeignet sind, scheinen geladene oder polare besonders vielversprechend zu sein.
So stellen Vitrigele einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Materialien dar. Einfach herzustellen, dehnbar, selbstheilend und leitfähig bieten sie ein enormes Potenzial für zahlreiche industrielle und technologische Anwendungen.