Elektrisch geleidend, zelfherstellend materiaal

Een groep wetenschappers van de Universiteit van Texas in Austin, VS, creëerde onder leiding van Yu Guihua een flexibel elektrisch circuit op basis van een speciale gel, die, indien in tweeën gesneden, volledig zelfherstellend is en zijn oorspronkelijke elektrische geleidbaarheid hervat.

De nieuwe gel heeft een combinatie van eigenschappen die niet eerder aan elkaar werden voldaan, het is flexibiliteit, hoge elektrische geleidbaarheid en het vermogen om zichzelf te repareren bij kamertemperatuur. Deze oplossing opent een breed scala aan mogelijke toepassingen: flexibele elektronica, robotica, elektrische batterijen en zelfs zacht kunstleer en biomimetische prothesen.

De eigenschap van de nieuwe gel wordt geleverd door twee gelachtige bestanddelen van zijn substantie: een supramoleculaire gel (of "supergel") en een matrix van een geleidende polymeerhydrogel waarin de supramoleculaire gel wordt geïntroduceerd. Dus de fysische en chemische eigenschappen van elke component worden gecombineerd.

Geïntroduceerde supergel geeft het vermogen tot zelfheling, dankzij zijn supramoleculaire chemische structuur, waarvan de eigenaardigheid is dat niet individuele moleculen, maar grote moleculaire verbindingen de samenstellende elementen van de structuur zijn.

Deze grote substructuren worden bij elkaar gehouden door krachten die veel kleiner zijn dan afzonderlijke moleculen, zodat hun interacties, zoals scheiding, gemakkelijk omkeerbaar zijn. Het blijkt "dynamische lijm", in staat zichzelf te herenigen tijdens scheiding.

Ondertussen biedt de geleidende hydrogel, vanwege zijn driedimensionale structuur, geleidbaarheid. De driedimensionale structuur vergemakkelijkt het transport van elektronen. Bovendien verbetert de hydrogel, net als de wervelkolom, de sterkte en elasticiteit van de composietgel. Wanneer een supergel in de hydrogelmatrix wordt geïntroduceerd, stroomt deze zodanig rond de hydrogel dat deze een tweede netwerk vormt, waardoor de integriteit van de hybride gel verder wordt verbeterd.

Wetenschappers voerden hun experimenten uit op het controleren van elektrische eigenschappen op dunne films van een hybride gel afgezet op flexibele plastic substraten. Studies hebben aangetoond dat de geleidbaarheid van de nieuwe gel een van de hoogste is onder geleidende gels, en dit blijft zo dankzij het vermogen van de gel om zichzelf te herstellen, zelfs na herhaald buigen en strekken.

Wetenschappers hebben aangetoond dat als een elektrisch circuit gemaakt van een hybride gel wordt gesneden, het zichzelf binnen een minuut zal herstellen en de elektrische geleidbaarheid hetzelfde zal zijn als vóór de snede. Dit gebeurt zelfs na herhaald snijden op dezelfde plaats.

Volgens onderzoekers zal de hybride gel die ze hebben uitgevonden vele toepassingen vinden, tot implanteerbare biosensoren, waarbij zelfherstellende elektroden eenvoudig nodig zijn om de duurzaamheid van het apparaat te waarborgen. De gel kan gemakkelijk worden gebruikt om de elektroden te versterken. lithium-ionbatterijen hoge capaciteit.

De ontwikkelaars van de nieuwe geleidende gel zijn ervan overtuigd dat hun benadering van het combineren van supramoleculaire chemie met polymeer nanowetenschap een strategie creëert voor het ontwikkelen van nieuwe zelfherstellende materialen. Ze zijn van plan de fundamentele mechanismen van zelfherstel te onderzoeken om de belangrijkste factoren met betrekking tot ionen van verschillende metalen, de geometrie van moleculen, de interactie van supramoleculen met verschillende oplosmiddelen beter te begrijpen en hoe dit de kenmerken van zelfherstel beïnvloedt. Dit zal bijdragen tot de verbetering van nieuw ontwikkelde materialen.

Het hoofd van de groep, Yu.Guihua, merkte op dat speciale inspanningen zullen worden besteed aan het ontwikkelen van grootschalige strategieën voor het produceren van zelfherstellende geleidende gels met betere eigenschappen, zoals mechanische sterkte en elasticiteit, zodat het gebruik van geleidende zelfherstellende gels mogelijk mogelijk wordt op veel verschillende technologische gebieden, waaronder elektronica, energie, beveiliging milieu en gezondheid.