科学者が次世代「グラッシーゲル」の突破口を発表、多用途の可能性探る研究公開

Tokyo研究者たちは、非常に強くて半分以上が液体である「グラッシージェル」と呼ばれる新素材を開発しました。これらの素材は簡単に製造でき、多くの用途に活用できる可能性があります。グラッシージェルは、ガラスのようなプラスチックとジェル両方の特性を持っています。

グラッシーゲルに関する重要なポイントを以下に示します：

• ガラス状のポリマーと同じくらい硬い
• 元の長さの最大5倍まで伸ばすことができる
• 熱を加えることで元の形に戻る
• 高い粘着性を持つ表面
• 液体成分が50%以上含まれており、電気の効果的な伝導体となる

ノースカロライナ州立大学の化学および生体分子工学教授であるマイケル・ディッキー氏は、新しいタイプの材料であるガラス状ゲルを開発したと発表しました。この材料は硬いプラスチックと同じくらい丈夫でありながら、破損せずに伸縮することができます。加熱すると、伸ばされた材料は元の形状に戻ります。さらに、このガラス状ゲルは他の硬い材料よりも接着性が良いとされています。

ノースカロライナ州立大学のポストドクトラル研究者である王美香氏によれば、「ガラス状ゲル」は液体を半分以上含んでいるため、同様のプラスチック素材よりも電気をよく通すことができるとのことです。

ガラス状ゲルを作るために、研究者たちはガラス状ポリマーの液体成分とイオン液体を組み合わせます。この混合物を型に注ぎ、紫外線を照射します。紫外線により材料が硬化し、型を外すとガラス状のゲルが残ります。

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イオン液体は溶媒として機能し、ポリマーの鎖を分離させ、素材を柔らかくします。溶媒中のイオンはポリマーに付着し、鎖の動きを止めることで、素材はしっかりしていながらも伸縮性があります。

研究者たちは、さまざまな高分子とイオン液体を使ってガラス状のゲルを作る実験を行ってきました。しかし、すべての高分子がこれらのゲルを形成できるわけではありません。特に荷電または極性のある高分子が有望であると考えられています。これは、高分子がイオン液体に引き寄せられる性質を持つためです。

ガラス質のゲルはその成分の50〜60%が液体であるにもかかわらず、蒸発したり乾燥したりすることがありません。また、非常に粘着性があります。「なぜ硬くて伸縮性があるのかは理解していますが、なぜこれほどまでに粘着性があるのかは推測に過ぎないのです」とディッキー氏は述べています。

ガラス状のゲルを作るのは簡単です。どんな型でも硬化できますし、3Dプリンターを使うことも可能です。強度が似た多くのプラスチックとは異なり、ポリマーを別の場所に移して成型する必要はありません。

「Glassy Gels Toughened by Solvent」という論文は、6月19日にNature誌に掲載される予定です。この研究には、ノースカロライナ大学チャペルヒル校のシュン・シャオ、ノースカロライナ州立大学の博士課程に在籍するサルマ・シディカ、同大学の元博士課程のモハマド・シャムシ、元学部生のイーサン・フレイ、同大学機械・航空工学の教授ブレンダン・オコナー、UNC応用物理科学の教授ウービン・バイ、またネブラスカ大学リンカーン校の機械・材料工学の研究員ウェン・チャンが関与しています。この研究は、沿岸研究所からの支援を受けました。