Sähköä johtava, itseparantava materiaali

Ryhmä tutkijoita Texasin yliopistosta Austinista, Yhdysvalloista, loi Yu Guihuan johdolla erityiseen geeliin perustuvan joustavan sähköpiirin, joka, jos se leikataan kahteen, on täysin itsehoiva ja palauttaa alkuperäisen sähkönjohtavuutensa.

Uudella geelillä on yhdistelmä ominaisuuksia, joita ei aiemmin ollut tavattu yhdessä, se on joustavuus, korkea sähkönjohtavuus ja kyky itse korjautua huoneenlämpötilassa. Tämä ratkaisu avaa laajan valikoiman mahdollisia sovelluksia: joustavaa elektroniikkaa, robotiikkaa, sähköakkuja ja jopa pehmeää keinonahkaa ja biomimeettisiä proteeseja.

Uuden geelin ominaisuuden saavat aineen kaksi geelimäistä komponenttia: supramolekyylin geeli (tai ”supergeeli”) ja johtavan polymeerihydrogeelin matriisi, johon supramolekyylin geeli viedään. Joten kunkin komponentin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet yhdistetään.

Käytetty supergeeli antaa kyvyn itsensä paranemiseen supramolekyylisen kemiallisen rakenteensa ansiosta, jonka erityispiirre on, että yksittäiset molekyylit, mutta suuret molekyyliyhdisteet toimivat rakenteen rakenneosina.

Näitä suuria alarakenteita pitävät yhdessä voimat, jotka ovat paljon pienempiä kuin yksittäiset molekyylit, joten niiden vuorovaikutukset, kuten erottuminen, ovat helposti palautuvia. Osoittautuu "dynaamiseksi liimaksi", joka pystyy yhdistämään itsensä erotuksen aikana.

Samaan aikaan johtava hydrogeeli tarjoaa kolmiulotteisen rakenteensa vuoksi johtavuuden. Kolmiulotteinen rakenne helpottaa elektronien kuljetusta. Lisäksi hydrogeeli, kuten selkäranka, parantaa yhdistelmägeelin lujuutta ja kimmoisuutta. Kun supergeeli viedään hydrogeelimatriisiin, se virtaa hydrogeelin ympäri siten, että se muodostaa toisen verkon, mikä lisää edelleen hybridigeelin eheyttä.

Tutkijat suorittivat kokeilunsa sähköominaisuuksien tarkistamiseksi joustaville muovialustoille kerrostettujen hybridigeelien ohuissa kalvoissa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että uuden geelin johtavuus on yksi johtavista geeleistä korkeimpia, ja pysyy niin, koska geelin kyky korjata itse voi tapahtua toistuvasti taivutuksen ja venytyksen jälkeen.

Tutkijat ovat osoittaneet, että jos hybridigeelistä valmistettu sähköpiiri katkaistaan, minuutin kuluttua se palautuu itsestään, ja sähkönjohtavuus on sama kuin ennen leikkausta. Tämä tapahtuu jopa toistuvan leikkaamisen jälkeen samassa paikassa.

Tutkijoiden mukaan heidän keksimällä hybridigeelillä on monia sovelluksia implantoitaviin biosensoreihin saakka, jolloin itseparantuvat elektrodit ovat yksinkertaisesti välttämättömiä laitteen kestävyyden varmistamiseksi. Geeliä voidaan helposti käyttää elektrodien lujittamiseen. litiumioniakut suuri kapasiteetti.

Uuden johtavan geelin kehittäjät ovat vakuuttuneita siitä, että heidän lähestymistapansa supramolekyylisen kemian yhdistämiseen polymeerin nanotieteen kanssa luo strategian uusien itseparantuvien materiaalien kehittämiselle. He aikovat tutkia itseparannuksen perustavanlaatuisia mekanismeja ymmärtääksesi paremmin eri metallien ioneja, molekyylien geometriaa, supramolekyylien vuorovaikutusta erilaisten liuottimien kanssa koskevia avaintekijöitä ja miten tämä vaikuttaa itseparannuksen ominaisuuksiin. Tämä auttaa parantamaan vastikään kehitettyjä materiaaleja.

Ryhmän päällikkö Yu.Guihua totesi, että erityisiä ponnisteluja kehitetään laaja-alaisten strategioiden kehittämiseen itsestään paranevien johtavien geelien tuottamiseksi, joilla on parempia ominaisuuksia, kuten mekaaninen lujuus ja joustavuus, niin että johtavien itsestään paranevien geelien käyttö on potentiaalisesti mahdollista monilla erilaisilla teknologisilla alueilla, mukaan lukien elektroniikka, energia, turvallisuus. ympäristö ja terveys.