هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده هوشمند ایرانی ساخته شد

باشگاه خبرنگاران جوان - پژوهشگران ایرانی موفق به طراحی و تولید هیدروژل‌های پیشرفته با قابلیت خودترمیمی، زیست‌سازگاری و مقاومت در برابر شعله شدند؛ موادی که می‌توانند به‌عنوان جزء کلیدی در ساخت ابرخازن‌های منعطف نسل جدید مورد استفاده قرار گیرند. نتایج این پروژه نوآورانه در قالب چهار مقاله ISI یک مقاله علمی‌ـ‌پژوهشی و یک ثبت اختراع منتشر شده است.

این دستاورد حاصل تحقیق میترا نجفلو، دانش‌آموخته دکترای این دانشگاه، با راهنمایی علمی لیلا ناجی، عضو هیئت علمی دانشگاه در قالب طرحی با عنوان «تهیه هیدروژل‌های خودترمیم‌شونده و ضد اشتعال بر پایه آلژینات برای کاربرد در ابرخازن‌های منعطف» بوده است.

پاسخ به چالش‌های کلیدی ذخیره‌سازی انرژی

به گفته نجفلو، هدف اصلی این تحقیق، توسعه موادی بود که بتوانند نیاز‌های عملکردی و ایمنی ابرخازن‌های منعطف را برآورده سازند. ابرخازن‌های منعطف، به‌عنوان عناصر کلیدی در تجهیزات پوشیدنی، حسگر‌های زیستی و دستگاه‌های الکترونیکی نسل جدید، با چالش‌هایی از جمله حفظ عملکرد تحت فشار، خمش و تغییر شکل، پایداری الکتروشیمیایی، و الزامات زیست‌سازگاری روبه‌رو هستند.

وی افزود: «مواد مورد استفاده در این حوزه باید واجد ویژگی‌هایی، چون انعطاف‌پذیری مکانیکی، رسانایی مناسب، پایداری حرارتی، تجزیه‌پذیری زیستی و قابلیت بازسازی ساختار پس از آسیب باشند.»

ویژگی‌های کلیدی هیدروژل‌های تولیدشده:

محققان در این پروژه موفق به تولید هیدروژل‌هایی با ویژگی‌های زیر شدند:

خودترمیم‌شوندگی: افزایش دوام و طول عمر عملکردی بدون نیاز به مداخله خارجی

مقاومت در برابر شعله: افزایش ایمنی در کاربرد‌های صنعتی و الکترونیکی

رسانایی یونی و الکتریکی: برای استفاده مؤثر در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی

انعطاف‌پذیری بالا: مناسب برای استفاده در سطوح خم‌شونده و دستگاه‌های پوشیدنی

زیست‌سازگاری و تجزیه‌پذیری زیستی: قابل استفاده در کاربرد‌های پزشکی

پایداری الکتروشیمیایی: حفظ عملکرد در چرخه‌های شارژ و دشارژ مکرر

ترکیب خلاقانه‌ای از زیست‌سازگاری و عملکرد بالا

به گفته نجفلو این هیدروژل‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند نیاز‌های متنوع فناوری‌های نوین را به‌طور هم‌زمان پوشش دهند. وی توضیح داد: «در حوزه‌هایی مانند مهندسی پزشکی، حسگر‌های زیستی و انرژی، نیاز به موادی با عملکرد چندگانه روزافزون است. ما موفق به ترکیب زیست‌سازگاری، انعطاف‌پذیری و قابلیت خودترمیمی در یک ماده واحد شدیم؛ ترکیبی که می‌تواند مبنای توسعه نسل جدیدی از مواد هوشمند باشد.»

فرآیند سنتز: ساده، سبز و قابل صنعتی‌سازی

یکی از دستاورد‌های مهم این پروژه، طراحی فرآیند سنتز بر پایه شیمی سبز و مواد اولیه ارزان‌قیمت مانند آلژینات بوده است. این پلیمر طبیعی، که از جلبک دریایی استخراج می‌شود، ضمن برخورداری از زیست‌سازگاری بالا، ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر شعله و خواص مکانیکی مناسب را ارائه می‌دهد.

نجفلو گفت: «سادگی روش سنتز و هزینه پایین مواد اولیه، امکان تولید انبوه و تجاری‌سازی این هیدروژل‌ها را فراهم می‌کند. این ویژگی، آن را به گزینه‌ای رقابتی برای بازار جهانی تبدیل کرده است.»

کاربرد‌های بالقوه و اهمیت استراتژیک

وی با اشاره به کاربرد‌های متنوع این ماده افزود: «هیدروژل‌های توسعه‌یافته در این طرح، در طیف وسیعی از کاربرد‌ها نظیر ابرخازن‌های منعطف، باتری‌های ضد اشتعال، سنسور‌های زیستی، زخم‌پوش‌ها، سامانه‌های دارورسانی، پروتز‌های هوشمند، ایمپلنت‌های زیستی و تجهیزات زیست‌پالایی قابل استفاده‌اند.»

نجفلو همچنین یادآور شد که از چالش‌های اصلی این پروژه می‌توان به برقراری تعادل میان خودترمیمی و خواص مکانیکی، بهبود رسانایی، و پایداری در شرایط محیطی متغیر اشاره کرد. به گفته وی، نتایج به‌دست‌آمده، گامی مؤثر در توسعه پایدار فناوری‌های نوین در سطح ملی و بین‌المللی محسوب می‌شود.

این تحقیق، علاوه‌بر گسترش مرز‌های دانش در حوزه مواد زیستی و ابرخازن‌ها، با ارائه روشی عملی برای تولید انبوه، زمینه‌ساز بومی‌سازی یک فناوری نوین در کشور شده است. هیدروژل‌های هوشمند تولیدشده در این پروژه می‌توانند الهام‌بخش تحقیقات آینده در حوزه مواد چندکاره و هوشمند باشند و ظرفیت بالایی برای حضور در بازار جهانی تجهیزات پیشرفته داشته باشند.