A palavra RIKEN é vista através do material na forma ortogonal (i) e paralela (ii, iii) direções para o plano TiNS magneticamente orientado.
Em uma conquista mundial, cientistas do RIKEN Center for Emergent Matter Science no Japão, junto com colegas do Instituto Nacional de Ciência de Materiais e da Universidade de Tóquio, desenvolveram um novo hidrogel cujas propriedades são dominadas pela repulsão eletrostática, em vez de interações atraentes.
De acordo com Yasuhiro Ishida, chefe da Equipe de Pesquisa da Emergent Bioinspired Soft Matter, o trabalho começou a partir de uma descoberta sub-reptícia, que quando nanofolhas de titanato são suspensas em uma dispersão coloidal aquosa, eles se alinham face a face em um plano quando submetidos a um forte campo magnético. O campo maximiza a repulsão eletrostática entre eles e os induz a uma estrutura quase cristalina. Eles naturalmente se orientam face a face, separados pelas forças eletrostáticas entre eles.
Para criar o novo material, os pesquisadores usaram o método recém-descoberto para organizar camadas das folhas em um plano, e uma vez que as folhas foram alinhadas no plano, fixou a ordem estrutural induzida magneticamente transformando a dispersão em um hidrogel usando um procedimento chamado polimerização de vinil in-situ acionada por luz. Essencialmente, pulsos de luz são usados para congelar a solução aquosa em um hidrogel, de modo que os lençóis não pudessem mais se mover.
Fazendo isso, eles criaram um material cujas propriedades são dominadas pela repulsão eletrostática, a mesma força que faz nosso cabelo arrepiar quando tocamos um gerador de van.
Até agora, materiais feitos pelo homem não tiraram proveito desse fenômeno, mas a natureza sim. A cartilagem deve sua capacidade de permitir movimento mecânico virtualmente sem fricção dentro das articulações, mesmo sob alta compressão, às forças eletrostáticas dentro dele. Forças repulsivas eletrostáticas são usadas em vários lugares, como trens maglev, suspensões de veículos e rolamentos sem contato, mas até agora, o design de materiais tem se concentrado esmagadoramente em interações atraentes.
Em um oscilador mecânico, um estágio de vidro com uma esfera de metal em um T era suportado por três pilares cilíndricos de hidrogel magneticamente estruturado contendo TiNSs orientados cofacialmente (0,8% em peso) na direção paralela (g) ou ortogonal (h) à seção transversal do cilindro.
O novo material resultante, que contém o primeiro exemplo de estruturas inorgânicas carregadas que se alinham co-facialmente em um fluxo magnético, tem propriedades interessantes. Ele se deforma facilmente quando as forças de cisalhamento são aplicadas paralelamente às nano-folhas incorporadas, mas resiste fortemente às forças compressivas aplicadas ortogonalmente.
De acordo com Ishida, "Esta foi uma descoberta surpreendente, mas um que a natureza já fez uso. Antecipamos que o conceito de incorporação de eletrostática repulsiva anisotrópica dentro de um material compósito, com base na inspiração da cartilagem articular, irá abrir novas possibilidades para o desenvolvimento de materiais macios com funções incomuns. Materiais deste tipo podem ser usados no futuro em várias áreas, da medicina regenerativa à engenharia de máquinas de precisão, ao permitir a criação de cartilagem artificial, materiais antivibração e outros materiais que requerem resistência à deformação em um plano. "
Folhas orientadas cofacialmente em um fluxo magnético 10-T foram imobilizadas espacialmente com polimerização de reticulação fotoinduzida mediada por TiNS.
