एक किलो थाम लेने वाला जेल

दोनों सिरों से खींची गई एक अकेली पॉलिमर शृंखला पहले खुलती है, फिर सीधी होते हुए तेज़ी से सख़्त होती है, और आख़िर में एक मज़बूत सहसंयोजक बंधन तोड़ देती है। फिर भी ऐसी शृंखलाओं से बना एक जाल — कोई जेल या रबर — एक शृंखला से कई गुना कमज़ोर होता है। शोधपत्र में उद्धृत हाल के कंप्यूटर सिम्युलेशन इसकी वजह दिखाते हैं: जब जाल खींचा जाता है, तो तनाव बहुत असमान ढंग से बँटता है। कुछ उच्च-तनाव वाले रास्ते बनते हैं और एक के बाद एक टूटते जाते हैं, जबकि ज़्यादातर धागे कुंडलित रहते हैं और उन पर मुश्किल से कोई भार पड़ता है।

हार्वर्ड विश्वविद्यालय के यू झोउ, चेंगहाई ली, झेची चेन, शियानयांग बाओ और झीगांग सुओ इसका दोष क्रॉस-लिंक पर डालते हैं, यानी वे जोड़ जो धागों को आपस में बाँधते हैं। हर क्रॉस-लिंक चार धागों को जोड़ता है, लेकिन उनमें से सिर्फ़ दो ही ऊँचा तनाव झेलते हैं। क्रॉस-लिंक भार को एक जगह केंद्रित कर देते हैं।

कम गाँठें, ज़्यादा उलझनें

उनका इलाज है तनाव को विकेंद्रित करना। बहुत कम क्रॉस-लिंक होने पर धागे लंबे और उलझे हुए हो जाते हैं। लेखक कल्पना करते हैं कि भार “उच्च-तनाव वाले बेलन” उठाते हैं — उलझे धागों के पूरे के पूरे गुच्छे। चूँकि धागों के बीच के बल कमज़ोर होते हैं, उलझनें घिरनियों की तरह सरकती हैं: जब कोई उलझन चार खंडों को जोड़ती है, तो चारों भार उठाते हैं। लंबे धागे जाल के ज़्यादा हिस्से को काम में लगा देते हैं।

उन्होंने इसका परीक्षण पॉलीएक्रिलामाइड हाइड्रोजेल पर किया — ज़्यादातर पानी से बने नरम ठोस, जिन्हें हर परीक्षण से पहले संतुलन तक फुलाया गया, जैसे वे इस्तेमाल में होते। दो नॉब जाल को तय करते हैं: क्रॉस-लिंकर की मात्रा और संश्लेषण के दौरान पानी की मात्रा।

• पॉलिमर की प्रति इकाई मापी गई मज़बूती — लेखकों की “प्रभावी मज़बूती” — क्रॉस-लिंक के विरल होने के साथ बढ़ी, एक सरल नियम के मुताबिक़: यह क्रॉस-लिंकर की मात्रा के व्युत्क्रम की तरह बढ़ती है, और लगभग 100 मेगापास्कल तक पहुँचती है।
• पानी की मात्रा, और इसलिए उलझनों की मात्रा, बदलने से इसमें दो गुने से भी कम बदलाव आया। क्रॉस-लिंक तनाव को केंद्रित करते हैं; उलझनें नहीं।

फुलाओ, दबाओ, दोहराओ

इसे एक मज़बूत पदार्थ में बदलने के लिए टीम ने पहले से खिंचे आपस में गुँथे जाल बनाए। एक विरल क्रॉस-लिंक वाले जेल को उसी शुरुआती मिश्रण में भिगोया जाता है, चपटा दबाया जाता है ताकि वह बगल की ओर खिंच जाए, फिर पराबैंगनी रोशनी में रखा जाता है: पहले जाल के भीतर एक दूसरा जाल बनता है और उसे खिंची हुई अवस्था में जकड़ देता है। यही एक बार और करने पर एक तिहरा जाल मिलता है।

तीन पॉलीएक्रिलामाइड हाइड्रोजेल: साधारण, अत्यधिक उलझा हुआ और पहले से खिंचा अंतर्भेदी। साधारण वाला लगभग 10 ग्राम थामता है; पहले से खिंचा वाला 1,000 ग्राम थामता है। — चित्र 3, Zhou, Li, Chen, Bao & Suo (2026), arXiv:2610.11837, CC BY 4.0.

• मज़बूती साधारण हाइड्रोजेल के लगभग 0.05 मेगापास्कल से बढ़कर अत्यधिक उलझे हाइड्रोजेल के लिए लगभग 1 और तिहरे जाल के लिए लगभग 10 हो जाती है।
• तिहरे जाल वाला जेल साधारण जेल से लगभग सौ गुना भारी वज़न थामता है।
• यह लचीला बना रहता है: खींचने और छोड़ने के एक चक्र में सिर्फ़ 8.4% ऊर्जा खोती है।
• लेखकों की जानकारी में, यह अब तक बताया गया सबसे मज़बूत पॉलीएक्रिलामाइड हाइड्रोजेल है।

यह नुस्ख़ा पानी के बिना भी काम करता है। बिना पानी वाले एक रबर जैसे पदार्थ, पॉली(एथिल एक्रिलेट) नाम के एक इलास्टोमर, में कम क्रॉस-लिंक के साथ मज़बूती लगभग 1 से बढ़कर 4 मेगापास्कल हो गई, और पहले से खिंचाव के बाद लगभग 25 मेगापास्कल, जबकि ऊर्जा की हानि सिर्फ़ कुछ प्रतिशत रही।

अब भी सिर्फ़ 1% धागे

100 मेगापास्कल भी उन लगभग 10 गीगापास्कल से बहुत नीचे है जिन्हें सहसंयोजक बंधन झेल सकते हैं। लेखकों के अनुमान के मुताबिक़ सिर्फ़ लगभग 1% धागे उस सीमा तक पहुँचते हैं; बाक़ी अब भी कहीं कम भार उठाते हैं। बाक़ी 99% को काम में कैसे लगाया जाए, यह, वे लिखते हैं, एक खुला सवाल है जिसके लिए शायद बिल्कुल नए जाल-डिज़ाइनों की ज़रूरत होगी।