Хіміки з США і Китаю розробили метод синтезу іоногелей з видатними механічними властивостями. В результаті сополімеризації акриламіду і акрилової кислоти в іонній рідині вчені отримали міцний на розрив і еластичний іоногель, що володіє ефектом пам'яті форми. З іншими мономерами метод також спрацював успішно. Дослідження опубліковано в.
Йоногелі складаються з полімеру, розподіленого в іонній рідині. Такі матеріали стійкі термічно і електрохімічно, але вони не знаходять широкого застосування через свої механічні характеристики: іонні гелі з великим вмістом рідини дуже еластичні, а гелі з низьким вмістом рідини - тверді, але дуже крихкі.
Хіміки під керівництвом Майкла Дікі (Michael Dickey) з Університету штату Північна Кароліна взялися за цю проблему. Вони припустили, що якщо приготувати іоногель на основі сополімера, в якому одні фрагменти буду володіти великим спорідненням до іонної рідини, ніж інші, вийде синтезувати одночасно міцний і еластичний матеріал.
Спочатку хіміки синтезували кілька зразків іоногеля: на основі поліакрилової кислоти, на основі поліакриламіду і з сополімерів з різним вмістом кислоти і аміду. Як іонну рідину хіміки вибрали похідне імідазолу. За рахунок того, що поліакрилова кислота добре розчинялася в цій іонній рідині, зразок на її основі виявився дуже еластичним. А в разі поліакриламіду, фрагменти якого пов'язані мережею водневих зв'язків, хіміки отримали міцний і крихкий зразок. Властивості продуктів на основі сополімера змінювалися залежно від частки кожного з мономерів.
Щоб оцінити механічні властивості отриманих зразків, хіміки спробували підняти з їх допомогою кілограмову гирю. Випробування витримав тільки зразок на основі сополімера, причому з часткою поліакриламіду понад 80 відсотків. Подальші вимірювання показали, що саме при частці поліакриламіду в 81 відсоток іоногель володіє найкращими механічними властивостями. Його модуль Юнга при невеликих навантаженнях склав 46,5 мегапаскаля (рекорд серед відомих іоногелей), а міцність на злом - 12,6 мегапаскаля.
Далі хіміки виявили ще дві незвичайні механічні властивості синтезованого іоногеля. Спочатку вони випробували його на ефект пам'яті форми: виявилося, що при нагріванні деформовані зразки набувають форму, в якій їх спочатку отримали. Крім того, розрізані фрагменти іоногеля зліплювалися в один при нагріванні до 60 градусів. Але отримані зразки мали погіршені механічні властивості порівняно з вихідними.
Щоб з'ясувати причину поліпшених механічних характеристик іоногеля порівняно з іншими схожими матеріалами, автори досліджували його зразки за допомогою скануючої електронної мікроскопії. На мікрофотографіях можна бачити, що при збільшенні частки поліакриламіду в іоногелі, починає формуватися насичена полімером фаза з низьким вмістом іонної рідини. Вчені вважають, що вона відповідає за підвищену міцність, а фаза з високим вмістом іонної рідини - за еластичність.
В результаті хіміки отримали іоногель з видатними механічними характеристиками. Крім того, вони показали, що їх метод працює і для інших мономерів, але за умови, що один з мономерів буде добре розчинимо в іонній рідині, а інший - погано. Так, хіміки сподіваються, що завдяки їх методу синтезу, іоногелі будуть застосовувати для створення конструкційних матеріалів.
Раніше ми розповідали про те, як гідрогелі (вони схожі на іоногелі, але замість іонних рідин містять воду) використовують для створення біосенсорів.