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Unterwasser-Smart-Kleber wechselt von klebrig zu nicht mit einem kleinen Stromstoß

Unterwasser Smart Glue

Die biomedizinischen Ingenieure Bruce Lee und Saleh Akram Bhuiyan testen katecholhaltige Klebstoffe, um Unterwasserkleber herzustellen. Bildnachweis: Sarah Bird / Michigan Tech

Mit einem kleinen Stromstoß bringen biomedizinische Ingenieure der Michigan Technological University einen Unterwasser-Smart-Leim-Prototyp in sieben Sekunden von klebrig auf nicht.

Das Ein- und Ausschalten der Haftung macht einen Kleber intelligent. Es ist eine Sache, dies unter freiem Himmel zu tun und eine ganz andere unter Wasser. Von der Natur inspiriert, sind Katechole synthetische Verbindungen, die die von Muscheln abgesonderten nassen, aber immer noch klebrigen Proteine ​​imitieren und vielversprechende intelligente Klebstoffe bieten, die in Wasser wirken. Die Technologie könnte bei Unterwasserkleber, Wundauflagen, Prothesenaufsätzen oder sogar bei der Herstellung von Autoteilen und bei anderen Fertigungen helfen.

Katechol mit intelligentem Kleber

Das Ein- und Ausschalten der Haftung macht einen Kleber intelligent. Es ist eine Sache, dies unter freiem Himmel zu tun und eine ganz andere unter Wasser. Von der Natur inspiriert, sind Katechole synthetische Verbindungen, die die von Muscheln abgesonderten nassen, aber immer noch klebrigen Proteine ​​imitieren und vielversprechende intelligente Klebstoffe bieten, die in Wasser wirken. Die Technologie könnte bei Unterwasserkleber, Wundauflagen, Prothesenaufsätzen oder sogar bei der Herstellung von Autoteilen und bei anderen Fertigungen helfen. Bildnachweis: Nicole Kelly, Sarah Bird / Michigan Tech

Bruce Lee, außerordentlicher Professor für biomedizinische Technik an der Michigan Tech, ist Teil des Young Investigator Program (YIP) des Office of Naval Research (ONR) und zeigte, wie man mit dem pH-Wert intelligente Unterwasserklebstoffe herstellt. Zusammen mit dem Doktoranden Saleh Akram Bhuiyan entwickelte Lee eine neue Methode, bei der elektrischer Strom verwendet wird, um die Haftung eines katecholhaltigen Materials auszuschalten.

Die Ergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift der American Chemical Society und detailliert den schwierigsten Teil des Prozesses – Erstellung eines wiederholbaren Kontaktmechanik-Tests, mit dem die Haftung vor und nach einem Stromstoß gemessen werden kann.

“Viele Menschen haben Catechol verwendet, um Muscheln und ihre adhäsiven Proteine ​​nachzuahmen, aber es ist neu, Elektrizität anzuwenden, um sie zu deaktivieren”, sagte Lee. “Es ist bequemer als die Verwendung des pH-Werts wie zuvor und sollte einfacher in elektronische Geräte zu integrieren sein. Dies bedeutet, dass das Abnehmen automatisiert und so einfach wie das Drücken eines Knopfes sein kann.”

Katechole für Smart Glue

Eines Tages können Katecholklebstoffe dazu beitragen, Ausrüstung an den Rümpfen von U-Booten zu befestigen, aber das Testen von Prototypen in Tauchausrüstung ist keine neue Technologie. Stattdessen müssen Lee und Bhuiyan eine Reihe von Variablen in einem kleinen Laborraum steuern. So einfach es klingt, einen Strom durch ein Material laufen zu lassen und seine Klebrigkeit zu überprüfen, ist eigentlich immer und immer wieder ziemlich schwierig.

Bhuiyan entwickelte einen Aufbau, der eine Titankugel und eine Platindrahtelektrode verwendet, um den Klebstoff, der in Gegenwart von Salzwasser mit der Kugel in Kontakt steht, elektrisch zu stimulieren. Diese Methode macht es einfach, die Spannung zu steuern, die durch Draht, Kleber und Kugel angelegt wird, sowie die Salzigkeit des Wassers um sie herum. Die Zeit, die der Strom läuft, ist ebenfalls wichtig. Je mehr Zeit, Spannung und Salz vorhanden sind, desto mehr werden die Katecholklebstoffe oxidiert und desto weniger Klebstoff wird sie. Bei ausreichend starker Spannung löst sich der Kleber in nur sieben Sekunden.

Katecholhaltige Klebstoffe

Eine Titankugel und ein dünner Platindraht dienen als Elektroden, um einem Katechol enthaltenden Klebstoff einen Stromstoß zuzuführen. Ein Michigan Tech-Team hat zum ersten Mal Strom verwendet, um einen katecholhaltigen Klebstoff in Salzwasser zu deaktivieren. Bildnachweis: Sarah Bird / Michigan Tech

“Die Neuheit ist die Anwendung des Stroms und die kurze Zeit, die zum Ablösen benötigt wird”, sagte Bhuiyan. „Was ich an dem Experiment am ungewöhnlichsten finde, ist die Farbänderung. Es fängt weiß an und wenn ich die Elektrizität auftrage und das Material deaktiviert ist, oxidiert es und färbt sich rot – und wir sehen diese rote Farbe wirklich gerne. “

Der nächste Schritt in der Forschung wird darin bestehen, dieses Rot zu nehmen und zu versuchen, es wieder in Weiß umzuwandeln. Das Markenzeichen eines intelligenten Klebers ist, dass er die Haftung nicht nur deaktiviert, sondern wieder einschaltet. Lee und die Doktorandin Ameya Narkar konnten dieses Kunststück vollbringen, indem sie mit dem pH-Wert spielten, der ihnen den Bhakta Rath Research Award einbrachte, und Bhuiyan hofft, die Lehren aus dieser Forschung auf die Verwendung von elektrischem Strom anwenden zu können.

Katecholhaltige Klebstoffe sind vielseitige und vielversprechende Materialien, von schmerzlosen Bandagen bis hin zu Unterwasserkleber, von Autoausrüstung bis hin zu Prothesen.

Referenz: “In-situ-Deaktivierung von Katechol-haltigem Klebstoff mittels Elektrochemie” von Md. Saleh Akram Bhuiyan, James D. Roland, Bo Liu, Max Reaume, Zhongtian Zhang, Jonathan D. Kelley und Bruce P. Lee, 11. Februar 2020, Zeitschrift der American Chemical Society.
DOI: 10.1021 / jacs.9b11266