Исследовательская группа из Университета Цинхуа в Пекине разработала супрамолекулярный клей, пригодный для повторного использования и обладающий способностями схватывания в очень широком диапазоне температур от -196°C до +200°C. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
В отличие от стандартных клеев, которые создают адгезию за счет перекрестного сшивания молекулярных компонентов друг с другом, супрамолекулярные клеи действуют по-иному. Они образуют плотную самосборку во время отверждения, как кусочки головоломки из паззлов, собирающиеся вместе.
Супрамолекулярные типы клея представляют большой интерес для ученых и технологов, потому что они обеспечивают устойчивость и настраиваемость. В принципе, их отдельные исходные компоненты могут быть снова восстановлены, а химическое поведение допускает широкую адаптацию. Однако на сегодняшний день характеристики таких клеев были не особо продвинутыми, не говоря уже о сильной их зависимости от условий окружающей среды.
Новый супрамолекулярный клей, разработанный исследовательской группой под руководством Кай Лю из Университета Цинхуа в Пекине (КНР) состоит из двух компонентов, один из которых представляет собой несложный белок, синтезируемый в бактериях, особо модифицированных именно для этой цели. Другой компонент – краун-эфир, кольцеобразная молекула, которая может плотно обвиваться вокруг другой молекулы, подобно короне.
Китайские исследователи отследили плотное взаимодействие между двумя этими типами молекул в созданной адгезивной системе. При смешении краун-эфира и белка и последующем нагревании раствора для отверждения краун-эфир закрепляется на поверхности белка.
Ученые отметили, что белок и краун-эфир настолько тесно связываются друг с другом своими противоположными зарядами и другими молекулярными взаимодействиями, что образуют новую структуру, которая покзывает необычайно сильный адгезивный эффект. Так, стальные пластины, склеенные между собой, выдерживали высокие усилия сдвига как при комнатной температуре, так и в жидком азоте, и при нагреве до +200°С.
Клей показал способность работать с разными материалами, в том числе и под водой. Такой широкий спектр рабочих условий редко достигается даже при использовании специальных клеев, и, безусловно, это впервые для супрамолекулярных клеев.
При этом составные компоненты клея можно подвергнуть разложению и снова переработать, а повторно использованный клей показал в тестах, что практически не утратил своей силы.
Исследователи считают, что одной из причин этого исключительного адгезионного эффекта, особенно при низких температурах, является результат специфических супрамолекулярных взаимодействий. В частности, плотное сцепление компонентов вытесняло воду из белка. Это означало, что при замораживании не могли образовываться кристаллы льда, как в антифризе, что во многих обычных клеях привело бы к преждевременному растрескиванию.
Исследователи предполагают, что этот новый клей можно будет применять для изготовления специальных деталей, условия эксплуатации которых будут сильно меняться, например, как в широком диапазоне температур, которым подвергаются космические аппараты.