Materialwissenschaft: Wissenschaftler lassen Hydrogels härter als Kohlenstoffstahl werden

Hydrogels haben in der Vergangenheit enormes Potential gezeigt. Insbesondere im medizinischen Bereich konnten dank der innovativen Gels zahlreiche Fortschritte gemacht werden, aber auch in der Robotik kommen die wasserbasierten Polymere zum Einsatz. Limitiert waren sie bisher durch ihre mangelnde Härte. Forscher der Hokkaido University haben dies nun geändert. Sie entwickelten eine Methode, bei der Hydrogels mit einem Gewebe kombiniert wurden, was in einem Material resultiert, das fünf Mal härter ist als Kohlenstoffstahl.

Neue Einsatzmöglichkeiten für Hydrogels

Kompositmaterialien gibt es bereits seit Jahrtausenden, und das Prinzip ist tatsächlich relativ einfach. Beispielsweise kann Lehm mit Stroh kombiniert werden, um daraus Bausteine herstellen zu können. Ein ähnlicher Gedanke liegt dem Hinzufügen von Muschelfragmenten zu Keramik oder Glasfasern zu Kunststoff zugrunde. Letztere Methode ähnelt der von den Wissenschaftlern entwickelten sehr stark. Hydrogels bestehen aus einem hydrophilen Polymer, das bis zu 90 Prozent mehr Wasser aufnehmen kann. Indem sie aus Glasfasern bestehendes Gewebe hinzufügten, erschufen die Forscher ein starkes, bieg- und dehnbares Material.

Nach Angaben des Teams ist das Komposit-Hydrogel beeindruckend stark und widerstandsfähig. Der Grund ist den Forschern noch nicht ganz klar, aber sie gehen davon aus, dass es dynamische Ionenbindungen zwischen den Fasern und den Hydrogels sind, die für die Stärke des Materials sorgen. In Tests mit diversen Hydrogels stellte sich heraus, dass das entstehende Material sogar stärker als Kohlenstoffstahl ist. Getestet wurde dies anhand der Energie, die für die Zerstörung des Materials erforderlich ist.

„The fiber-reinforced hydrogels, with a 40 percent water level, are environmentally friendly. The material has multiple potential applications because of its reliability, durability and flexibility. For example, in addition to fashion and manufacturing uses, it could be used as artificial ligaments and tendons, which are subject to strong load-bearing tensions„, so Dr. Jian Ping Gong von der Hokkaido University.

Die Arbeit der Forscher könnte dazu führen, dass die Hydrogels in Zukunft deutlich mehr Einsatzmöglichkeiten haben werden.

via Hokkaido University