Việc tạo ra chất kết dính hoạt động hiệu quả dưới nước từ lâu là thách thức đối với các nhà khoa học. Nước thường tạo thành một lớp màng trên bề mặt vật liệu, cản trở sự tiếp xúc giữa keo và bề mặt, đồng thời có thể làm suy giảm hoặc rửa trôi chất kết dính theo thời gian.

Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications, một nhóm các nhà khoa học đã phát triển một loại keo dính dưới nước dựa trên chất lỏng ion siêu phân tử. Vật liệu này được thiết kế để tận dụng khả năng tự tổ chức của các phân tử khi tiếp xúc với nước, qua đó nhanh chóng chuyển từ trạng thái lỏng sang cấu trúc rắn bền vững.

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp những thành phần phân tử có cấu trúc linh hoạt và cứng vào một chất lỏng ion siêu phân tử mang tên BP16TPB. Hỗn hợp này sau đó được hòa tan bằng dimethyl sulfoxide (DMSO), một dung môi có khả năng phân tách một phần các thành phần thành những hạt mang điện tích.

Khi tiếp xúc với nước, các thành phần này tự tổ chức lại, hình thành một cấu trúc ổn định nhờ nhiều tương tác ở cấp độ phân tử, trong đó có liên kết hydro và tương tác xếp chồng π-π.

Một yếu tố quan trọng khác là loại keo này có tính siêu kỵ nước, giúp hạn chế lớp nước vốn thường tạo thành hàng rào giữa keo và bề mặt vật liệu. Nhờ đó, chất kết dính có thể nhanh chóng chuyển từ trạng thái tiền chất dạng lỏng sang một mạng lưới đặc, chống nước và bám chắc vào bề mặt.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm loại keo này trên nhiều bề mặt được ngâm trong nước, bao gồm gốm, epoxy và nhựa. Kết quả cho thấy keo đạt độ bền bám dính khoảng 1,1 triệu pascal chỉ sau 10 giây đóng rắn dưới nước, cao hơn đáng kể so với nhiều loại keo dính dưới nước truyền thống.

Một điểm đáng chú ý khác là mức độ bám dính lâu dài. Trong một thử nghiệm, mối dán có thể nâng đỡ vật nặng 2 kg trong hơn 3 năm khi ngâm liên tục dưới nước. Theo nhóm nghiên cứu, kết quả này cho thấy chất kết dinh này có khả năng chống lại sự suy giảm do nước cũng như biến dạng cấu trúc tại vùng tiếp xúc trong thời gian dài.

Keo còn cho thấy khả năng tái sử dụng. Khi được tách ra và dán lại trong môi trường nước, vật liệu vẫn duy trì khả năng kết dính ổn định qua 8 chu kỳ. Nó cũng hoạt động trong nhiều dung dịch điện phân, gồm môi trường axit, kiềm và nước mặn.

Tuy nhiên, vật liệu có một hạn chế là độ ổn định giảm khi nhiệt độ vượt quá 70 độ C.

Các nhà nghiên cứu cho rằng công nghệ mới không chỉ tạo ra một loại keo hiệu suất cao cho môi trường dưới nước mà còn cung cấp một hướng tiếp cận để phát triển các vật liệu thông minh có khả năng thích ứng với môi trường.

Nhóm kỳ vọng, loại keo này sau khi được hoàn thiện có thể mở ra triển vọng ứng dụng trong sửa chữa và bảo trì các công trình dưới nước, đường ống, thiết bị hàng hải và nhiều hệ thống hạ tầng khó tiếp cận.