موصل كهربائيا ، مواد الشفاء الذاتي

قامت مجموعة من العلماء من جامعة تكساس في أوستن بالولايات المتحدة الأمريكية ، بقيادة يو جيهوا ، بإنشاء دائرة كهربائية مرنة قائمة على هلام خاص ، إذا تم قطعها إلى قسمين ، فهي تتمتع بالشفاء الذاتي بالكامل وتستأنف توصيلها الكهربائي الأصلي.

يحتوي الجيل الجديد على مجموعة من الخصائص التي لم يتم الوفاء بها سابقًا معًا ، وهي المرونة والتوصيل الكهربائي العالي والقدرة على الإصلاح الذاتي عند درجة حرارة الغرفة. يفتح هذا الحل مجموعة واسعة من التطبيقات الممكنة: الإلكترونيات المرنة ، والروبوتات ، والبطاريات الكهربائية ، وحتى الجلود الاصطناعية الناعمة والاصطناعية الحيوية.

يتم توفير خاصية الهل الجديد بواسطة مكونين يشبهان الجل في مادته: هلام فوق الجزيئي (أو "supergel") ، ومصفوفة من هيدروجيل البوليمر الموصّل الذي يدخل فيه الجل فوق الجزيئي. لذلك يتم الجمع بين الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل مكون.

يمنح supergel المقدم القدرة على الشفاء الذاتي ، وذلك بفضل هيكله الكيميائي فوق الجزيئي ، الذي تكمن خصوصيته في أنه لا توجد جزيئات فردية ، ولكن المركبات الجزيئية الكبيرة هي العناصر المكونة للهيكل.

يتم تجميع هذه البنى التحتية الكبيرة مع بعضها البعض بواسطة قوى أصغر بكثير من الجزيئات الفردية ، وبالتالي فإن تفاعلاتها ، مثل الفصل ، يمكن عكسها بسهولة. اتضح أنه "غراء ديناميكي" ، قادر على إعادة توحيد نفسه أثناء الانفصال.

وفي الوقت نفسه ، فإن هيدروجيل موصل ، بسبب هيكلها ثلاثي الأبعاد ، يوفر التوصيل. الهيكل ثلاثي الأبعاد يسهل نقل الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هيدروجيل ، مثل العمود الفقري ، يعزز من قوة ومرونة الهلام المركب. عندما يتم إدخال supergel في مصفوفة hydrogel ، فإنها تتدفق حول hydrogel بطريقة تشكل شبكة ثانية ، مما يعزز من سلامة الجل المختلط.

أجرى العلماء تجاربهم على فحص الخواص الكهربائية على أغشية رقيقة من الهجين المودعة على ركائز بلاستيكية مرنة. أظهرت الدراسات أن توصيل الجل الجديد هو واحد من أعلى المواد الهلامية الموصلة ، ويظل كذلك بفضل قدرة الجل على الإصلاح الذاتي حتى بعد الانحناء والتمدد بشكل متكرر.

لقد أظهر العلماء أنه إذا تم قطع دائرة كهربائية مصنوعة من هلام هجين ، فسوف تستعيد نفسها خلال دقيقة واحدة ، وستكون الموصلية الكهربائية كما كانت قبل القطع. يحدث هذا حتى بعد القطع المتكرر في نفس المكان.

وفقًا للباحثين ، سيجد الجل الهجين الذي اخترعوه العديد من التطبيقات ، حتى أجهزة الاستشعار الحيوية التي يمكن زرعها ، حيث تعد أقطاب الشفاء الذاتي ضرورية لضمان متانة الجهاز. يمكن بسهولة استخدام الجل لتعزيز الأقطاب الكهربائية. بطاريات ليثيوم أيون قدرة عالية.

يثق مطورو الجيل الجديد الموصّل في أن نهجهم في الجمع بين الكيمياء فوق الجزيئية وعلم النانو البوليمري يخلق استراتيجية لتطوير مواد جديدة للشفاء الذاتي. انهم يخططون للبحث في الآليات الأساسية للشفاء الذاتي من أجل فهم أفضل للعوامل الرئيسية المتعلقة بأيونات المعادن المختلفة ، وهندسة الجزيئات ، وتفاعل الجزيئات supramolecules مع المذيبات المختلفة ، وكيف يؤثر ذلك على خصائص الشفاء الذاتي. هذا سوف يساعد على تحسين المواد المطورة حديثا.

أشار رئيس المجموعة ، Yu.Guihua ، إلى أنه سيتم تكريس جهود خاصة لتطوير استراتيجيات واسعة النطاق لإنتاج المواد الهلامية الموصلة ذاتيا الشفاء مع خصائص أفضل ، مثل القوة الميكانيكية والمرونة ، بحيث يصبح استخدام المواد الهلامية ذاتية الشفاء ممكنة في العديد من المجالات التكنولوجية المختلفة ، بما في ذلك الإلكترونيات والطاقة والأمن البيئة والصحة.