Električno provodljiv, samo-zacjeljivanje materijala

Skupina znanstvenika sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu u SAD-u, pod vodstvom Yu Guihua, stvorila je fleksibilan električni krug zasnovan na posebnom gelu, koji se, ako se razreže na dva, potpuno samozacjeljuje i nastavlja svoju izvornu električnu vodljivost.

Novi gel ima kombinaciju svojstava koja prethodno nisu zadovoljena zajedno, to je fleksibilnost, visoka električna vodljivost i sposobnost samopopravljanja na sobnoj temperaturi. Takvo rješenje otvara širok spektar mogućih primjena: fleksibilna elektronika, robotika, električne baterije, pa čak i mekana umjetna koža i biomimetičke proteze.

Svojstvo novog gela pružaju dva sastojka slična njegovoj supstanci: supramolekularni gel (ili "supergel") i matrica vodljivog polimernog hidrogela u koji se uvodi supramolekularni gel. Tako su fizičke i kemijske karakteristike svake komponente kombinirane.

Uvedeni supergel daje sposobnost samoizcjeljenja zahvaljujući supramolekularnoj kemijskoj strukturi, čija je posebnost da nisu pojedinačne molekule, već krupni molekularni spojevi sastavni elementi strukture.

Ove velike potkonstrukcije drže se zajedno silama mnogo manjim od pojedinih molekula, pa su njihove interakcije, poput razdvajanja, lako reverzibilne. Ispada da je "dinamično ljepilo" sposobno ponovno se ujediniti tijekom razdvajanja.

U međuvremenu, vodljivi hidrogel, zbog svoje trodimenzionalne strukture, osigurava vodljivost. Trodimenzionalna struktura olakšava transport elektrona. Uz to, hidrogel, poput kralježnice, povećava snagu i elastičnost kompozitnog gela. Kad se supergel uvede u hidrogelu matricu, on teče oko hidrogela na takav način da stvara drugu mrežu, dodatno poboljšavajući integritet hibridnog gela.

Znanstvenici su proveli eksperimente provjere električnih svojstava na tankim filmovima hibridnog gela nanesenog na fleksibilne plastične podloge. Studije su pokazale da je vodljivost novog gela jedan od najviših među vodljivim gelovima i ostaje takav zahvaljujući sposobnosti gela da se samostalno obnavlja čak i nakon opetovanog savijanja i istezanja.

Znanstvenici su pokazali da ako se prekine električni krug od hibridnog gela, nakon jedne minute on će se oporaviti, a električna vodljivost bit će ista kao i prije rezanja. To se događa čak i nakon opetovanog rezanja na istom mjestu.

Prema istraživačima, hibridni gel koji su izmislili naći će mnoge primjene, sve do implantabilnih biosenzora, gdje su elektrode za samoliječenje jednostavno potrebne kako bi se osigurala trajnost uređaja. Gel se lako može koristiti za jačanje elektroda. litij-ionske baterije visokog kapaciteta.

Programeri novog vodljivog gela uvjereni su da njihov pristup kombiniranju supramolekularne kemije s polimernom nanoznanošću stvara strategiju za razvoj novih materijala za samoliječenje. Planiraju istražiti temeljne mehanizme samoizlječenja kako bi bolje razumjeli ključne čimbenike koji se tiču ​​iona različitih metala, geometrije molekula, interakcije supramolekula s različitim otapalima i kako to utječe na karakteristike samoizlječenja. To će doprinijeti poboljšanju novorazvijenih materijala.

Šef grupe Yu.Guihua napomenuo je da će posebni napori biti posvećeni razvoju velikih mjera za proizvodnju vodljivih gelova za samoizlječenje s boljim svojstvima, poput mehaničke čvrstoće i elastičnosti, tako da upotreba provodljivih gela za samoizlječenje postaje potencijalno moguća u mnogim različitim tehnološkim područjima, uključujući elektroniku, energiju, sigurnost okoliš i zdravlje.