Изследователите в Китай са успели да сглобят влакна от графенов оксид, използвайки процес, който обикновено се наблюдава само в биологични системи. Новият процес, който имитира клетъчно сливане и делене, може да намери приложение в приложения като задвижващи механизми или „изкуствени мускули“, използвани в миниатюрни медицински изделия, роботика и интелигентен текстил.
Материалите, които реагират на промените в околната среда по същия начин, както естествените материали, се смятат за идеални градивни елементи за възникващи електронни устройства. Един естествен механизъм, който изследователите са особено склонни да имитират, е биологичното самосглобяване и по-специално клетъчното сливане и делене. При сливането две или повече клетки се сливат в една, докато при делене се разделят на две или повече части. И двата процеса се задействат от стимули като светлина, температура или влажност.
Обратим процес, предизвикан от разтворител
В новата работа Чао Гао от университета в Жецзян и колегите му от университета Сиан Джиаотонг започват чрез сглобяване на микрофибри от графенов оксид, използвайки техника, наречена мокро предене. Екипът изибра този материал, тъй като неговата свръхгъвкава природа го прави сравнително лесен за влажно предене във влакна, докато кислородните функционални групи го правят химически реактивен. Получените влакна имат външна „обвивка“, която ограничава движението на листове от графенов оксид.
Когато изследователите потопиха влакната в подходящ разтворител, те установиха, че влакната се сглобяват в „йерархична“ прежда – т.е. прежда, в която една и съща основна структура се повтаря на скали с различна дължина – съдържаща хиляди отделни влакна. Екипът може също да обърне този процес чрез потапяне на влакнестия възел във вода или полярни органични разтворители, като по този начин имитира двете части на биологичния цикъл на синтез-делене.
За да разберат какво се случва в мащаба на отделните влакна, изследователите са използвали оптични и сканиращи електронни микроскопи, за да наблюдават процесите на синтез-делене. Те открили, че когато влакната се поставят във вода или полярни органични разтворители, те се подуват, драстично увеличавайки обема си. Повишава се и еластичността на влакната, а формата на влакнестите обвивки обратимо превключва между набръчкано тръбно състояние и по-плоско цилиндрично състояние чрез подуване и издуване. Гао и колеги обясняват, че това превключване създава преходен интерфейс на влакната, което води до циклично саморазливане и саморазделяне на произволен брой влакна от графенов оксид.
„Универсална стратегия“
Изследователите, които описват работата си в Science , казват, че наблюдаваното от тях поведение на синтез-делене е „универсална стратегия“ за проектиране на функционално реагиращи материали. Тъй като влакната от графенов оксид могат лесно да бъдат направени да се провеждат електрически (чрез химическа редукция), екипът твърди, че тези влакна показват обещание за приложения като сензори, електронни компоненти, интелигентен текстил и изпълнителни механизми.
Родолфо Круз-Силва от университета Шиншу в Япония и Лаура Елиас от университета Бингхамтън в САЩ, които не са участвали в изследването, отбелязват, че новият метод е много по-малко сложен и включва по-малко компоненти от естествените процеси на синтез и делене Независимо от това, те твърдят в свързана статия „ Перспективи “, че обратимото сглобяване на влакна от графенов оксид наистина имитира природата и по този начин „държи освежаващия потенциал за придвижване на полето напред“.
Сега Гао и колегите му планират да проучат по-внимателно механизма на синтез-делене. „Надяваме се също да изследваме приложения в различни области“, казва Гао пред Physics World . Обратимото свойство на синтез и делене, което те откриха, добавя той, „може да помогне за прокарването на гъвкавостта на влакната като тези, които сме изследвали“.