Ηλεκτρικά αγώγιμο, αυτοθεραπευτικό υλικό

Μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν των ΗΠΑ, υπό την ηγεσία του Yu Guihua, δημιούργησε ένα ευέλικτο ηλεκτρικό κύκλωμα βασισμένο σε ένα ειδικό πήκτωμα, το οποίο, εάν κοπεί σε δύο, είναι εντελώς αυτοθεραπευτικό και επαναλαμβάνει την αρχική του ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Η νέα γέλη έχει ένα συνδυασμό ιδιοτήτων που δεν είχαν προηγουμένως συναντηθεί μαζί, είναι η ευκαμψία, η υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και η δυνατότητα αυτο-επισκευής σε θερμοκρασία δωματίου. Μια τέτοια λύση ανοίγει ένα ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών: ευέλικτη ηλεκτρονική, ρομποτική, ηλεκτρικές μπαταρίες, ακόμη και μαλακό τεχνητό δέρμα και βιομιμητικές προθέσεις.

Η ιδιότητα του νέου πηκτώματος παρέχεται από δύο πηκτωματικά συστατικά της ουσίας του: μια υπερμοριακή γέλη (ή "supergel") και μια μήτρα ενός αγώγιμου πολυμερούς υδρογέλης εντός του οποίου εισάγεται το υπερμοριακό πήκτωμα. Έτσι συνδυάζονται τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά κάθε συστατικού.

Το εισαγόμενο supergel δίνει τη δυνατότητα αυτοθεραπείας, χάρη στην υπερμοριακή χημική δομή του, η ιδιαιτερότητα του οποίου είναι ότι δεν είναι μεμονωμένα μόρια, αλλά οι μεγάλες μοριακές ενώσεις αποτελούν τα συστατικά στοιχεία της δομής.

Αυτές οι μεγάλες υποδομές συγκρατούνται μαζί με δυνάμεις πολύ μικρότερες από τα μεμονωμένα μόρια, έτσι οι αλληλεπιδράσεις τους, όπως ο διαχωρισμός, είναι εύκολα αναστρέψιμες. Αποδεικνύεται "δυναμική κόλλα", ικανή να επανασυνδεθεί κατά τη διάρκεια του χωρισμού.

Εν τω μεταξύ, η αγώγιμη υδρογέλη, λόγω της τρισδιάστατης δομής της, παρέχει αγωγιμότητα. Η τρισδιάστατη δομή διευκολύνει τη μεταφορά των ηλεκτρονίων. Επιπλέον, η υδρογέλη, όπως και η σπονδυλική στήλη, ενισχύει τη δύναμη και την ελαστικότητα του σύνθετου πηκτώματος. Όταν εισάγεται ένα supergel στη μήτρα υδρογέλης, ρέει γύρω από την υδρογέλη με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζει ένα δεύτερο δίκτυο, ενισχύοντας περαιτέρω την ακεραιότητα του υβριδικού πηκτώματος.

Οι επιστήμονες διεξήγαγαν τα πειράματά τους στον έλεγχο των ηλεκτρικών ιδιοτήτων σε λεπτά φιλμ ενός υβριδικού πηκτώματος εναποτιθέμενου σε εύκαμπτα πλαστικά υποστρώματα Μελέτες έχουν δείξει ότι η αγωγιμότητα του νέου πηκτώματος είναι μία από τις υψηλότερες μεταξύ των αγώγιμων πηκτών και παραμένει έτσι χάρη στην ικανότητα του πηκτώματος να επισκευάζεται μόνος του μετά από επανειλημμένη κάμψη και τέντωμα.

Οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι εάν τεμαχιστεί ένα ηλεκτρικό κύκλωμα από υβριδικό πήκτωμα, τότε μετά από ένα λεπτό θα ανακάμψει και η ηλεκτρική αγωγιμότητα θα είναι ίδια με την πριν την κοπή. Αυτό συμβαίνει ακόμα και μετά από επαναλαμβανόμενη κοπή στο ίδιο σημείο.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η υβριδική γέλη που εφευρέθηκε θα βρει πολλές εφαρμογές, μέχρι τους εμφυτεύσιμους βιοαισθητήρες, όπου τα ηλεκτρόδια αυτοθεραπείας είναι απλά απαραίτητα για την εξασφάλιση της ανθεκτικότητας των συσκευών. Το πήκτωμα μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση των ηλεκτροδίων. μπαταρίες ιόντων λιθίου υψηλής χωρητικότητας.

Οι υπεύθυνοι για την ανάπτυξη του νέου αγώγιμου πηκτώματος είναι σίγουροι ότι η προσέγγισή τους στον συνδυασμό της υπερμοριακής χημείας με την πολυμερή νανοεπιστήμη δημιουργεί μια στρατηγική για την ανάπτυξη νέων αυτοθεραπευτικών υλικών. Σχεδιάζουν να διερευνήσουν τους θεμελιώδεις μηχανισμούς αυτοθεραπείας, προκειμένου να κατανοήσουν καλύτερα τους βασικούς παράγοντες που αφορούν τα ιόντα διαφόρων μετάλλων, τη γεωμετρία των μορίων, την αλληλεπίδραση των υπερ-μορίων με διάφορους διαλύτες και πώς αυτό επηρεάζει τα χαρακτηριστικά της αυτοθεραπείας. Αυτό θα συμβάλει στη βελτίωση των νεοαποκτηθέντων υλικών.

Ο επικεφαλής της ομάδας, Yu.Guihua, σημείωσε ότι θα καταβληθούν ιδιαίτερες προσπάθειες για την ανάπτυξη στρατηγικών μεγάλης κλίμακας για την παραγωγή αυτο-θεραπευτικών αγώγιμων πηκτωμάτων με καλύτερες ιδιότητες, όπως η μηχανική αντοχή και η ελαστικότητα, έτσι ώστε η χρήση αγώγιμων αυτοθεραπευτικών πηκτών να γίνει δυναμικά δυνατή σε πολλούς διαφορετικούς τεχνολογικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών, το περιβάλλον και την υγεία.