La parola RIKEN è vista attraverso il materiale negli ortogonali (i) e paralleli (ii, iii) direzioni verso il piano TiNS orientato magneticamente.
In una prima conquista mondiale, scienziati del RIKEN Center for Emergent Matter Science in Giappone, insieme ai colleghi del National Institute of Material Science e dell'Università di Tokyo, hanno sviluppato un nuovo idrogel le cui proprietà sono dominate dalla repulsione elettrostatica, piuttosto che interazioni attraenti.
Secondo Yasuhiro Ishida, capo dell'Emergent Bioinspired Soft Matter Research Team, il lavoro è iniziato da una scoperta subdola, che quando i nanofogli di titanato sono sospesi in una dispersione colloidale acquosa, si allineano faccia a faccia su un piano quando sono soggetti a un forte campo magnetico. Il campo massimizza la repulsione elettrostatica tra di loro e li attira in una struttura quasi cristallina. Si orientano naturalmente faccia a faccia, separati dalle forze elettrostatiche tra di loro.
Per creare il nuovo materiale, i ricercatori hanno utilizzato il metodo appena scoperto per disporre gli strati dei fogli su un piano, e una volta allineati i fogli nel piano, fissato l'ordine strutturale indotto magneticamente trasformando la dispersione in un idrogel utilizzando una procedura chiamata polimerizzazione vinilica in situ innescata dalla luce. Essenzialmente, impulsi di luce vengono utilizzati per congelare la soluzione acquosa in un idrogel, in modo che i fogli non potessero più muoversi.
Facendo questo, hanno creato un materiale le cui proprietà sono dominate dalla repulsione elettrostatica, la stessa forza che ci fa rizzare i capelli quando tocchiamo un generatore di furgone.
Fino ad ora, i materiali artificiali non hanno approfittato di questo fenomeno, ma la natura ha. La cartilagine deve la sua capacità di consentire un movimento meccanico virtualmente privo di attrito all'interno delle articolazioni, anche ad alta compressione, alle forze elettrostatiche al suo interno. Le forze repulsive elettrostatiche vengono utilizzate in vari luoghi, come i treni a levitazione magnetica, sospensioni del veicolo e cuscinetti senza contatto, ma fino ad ora, il design dei materiali si è concentrato prevalentemente su interazioni attraenti.
Su un oscillatore meccanico, uno stadio di vetro con una sfera metallica su un tee era sostenuto da tre pilastri cilindrici di idrogel strutturato magneticamente contenenti TiNS orientati cofacilmente (0,8% in peso) in direzione parallela (g) o ortogonale (h) alla sezione trasversale del cilindro.
Il nuovo materiale risultante, che contiene il primo esempio di strutture inorganiche cariche che si allineano co-faccialmente in un flusso magnetico, ha proprietà interessanti. Si deforma facilmente quando le forze di taglio vengono applicate parallelamente ai nanofogli incorporati, ma resiste fortemente alle forze di compressione applicate ortogonalmente.
Secondo Ishida, "Questa è stata una scoperta sorprendente, ma di cui la natura ha già fatto uso. Anticipiamo che il concetto di incorporare elettrostatica repulsiva anisotropa all'interno di un materiale composito, basata sull'ispirazione della cartilagine articolare, aprirà nuove possibilità per lo sviluppo di materiali morbidi con funzioni insolite. Materiali di questo tipo potrebbero essere utilizzati in futuro in vari settori, dalla medicina rigenerativa all'ingegneria meccanica di precisione, consentendo la creazione di cartilagine artificiale, materiali antivibranti e altri materiali che richiedono resistenza alla deformazione su un piano."
Fogli orientati cofacially in un flusso magnetico 10-T sono stati immobilizzati spazialmente con polimerizzazione reticolata fotoindotta mediata da TiNS.
