Elektricky vodivý, samoliečiaci materiál

Skupina vedcov z University of Texas v Austine v USA, pod vedením Yu Guihua, vytvorila flexibilný elektrický obvod založený na špeciálnom géli, ktorý, ak sa rozdelí na dva, sa úplne uzdraví a obnoví svoju pôvodnú elektrickú vodivosť.

Nový gél má kombináciu vlastností, ktoré predtým neboli splnené, je to flexibilita, vysoká elektrická vodivosť a schopnosť samoobsluhy pri izbovej teplote. Takéto riešenie otvára širokú škálu možných aplikácií: flexibilnú elektroniku, robotiku, elektrické batérie a dokonca aj mäkké umelé kože a biomimetické protézy.

Vlastnosti nového gélu poskytujú dve gélové zložky svojej látky: supramolekulárny gél (alebo „supergel“) a matrica z vodivého polymérneho hydrogélu, do ktorého sa supramolekulárny gél zavádza. Fyzikálne a chemické vlastnosti každej zložky sú teda kombinované.

Zavedený supergel dáva schopnosť samoliečenia vďaka svojej supramolekulárnej chemickej štruktúre, ktorej zvláštnosťou je, že nie jednotlivé molekuly, ale zlúčeniny veľkých molekúl, sú základnými prvkami štruktúry.

Tieto veľké subštruktúry sú držané pohromade silami oveľa menšími ako jednotlivé molekuly, takže ich interakcie, ako napríklad oddelenie, sú ľahko reverzibilné. Ukázalo sa, že ide o „dynamické lepidlo“, ktoré sa dokáže počas separácie zísť.

Medzitým vodivý hydrogél vďaka svojej trojrozmernej štruktúre poskytuje vodivosť. Trojrozmerná štruktúra uľahčuje transport elektrónov. Okrem toho hydrogél, rovnako ako chrbtica, zvyšuje pevnosť a elasticitu kompozitného gélu. Keď je supergel zavedený do hydrogélovej matrice, tečie okolo hydrogélu takým spôsobom, že vytvára druhú sieť, čo ďalej zvyšuje integritu hybridného gélu.

Vedci vykonali experimenty na kontrolu elektrických vlastností na tenkých filmoch hybridného gélu uloženého na pružných plastových substrátoch. Štúdie ukázali, že vodivosť nového gélu je jednou z najvyšších medzi vodivými gélmi, a zostáva tak vďaka schopnosti gélu samoopraviť aj po opakovanom ohýbaní a napínaní.

Vedci ukázali, že ak je elektrický obvod vyrobený z hybridného gélu prerušený, potom sa po minúte obnoví a elektrická vodivosť bude rovnaká ako pred rezom. Stáva sa to aj po opakovanom rezaní na rovnakom mieste.

Podľa vedcov bude hybridný gél, ktorý vymysleli, nájsť mnoho aplikácií, až po implantovateľné biosenzory, kde sú samo uzdravovacie elektródy jednoducho potrebné na zabezpečenie životnosti zariadenia. Gél sa dá ľahko použiť na zosilnenie elektród. lítium-iónové batérie vysoká kapacita.

Vývojári nového vodivého gélu sú presvedčení, že ich prístup ku kombinácii supramolekulárnej chémie s polymérnymi nanovedami vytvára stratégiu pre vývoj nových samoliečivých materiálov. Plánujú preskúmať základné mechanizmy samoliečenia, aby lepšie porozumeli kľúčovým faktorom, ktoré sa týkajú iónov rôznych kovov, geometrie molekúl, interakcie supramolekúl s rôznymi rozpúšťadlami a ako to ovplyvňuje vlastnosti samoliečenia. Prispeje to k zlepšeniu novo vyvinutých materiálov.

Vedúci skupiny Yu.Guihua poznamenal, že osobitné úsilie sa bude venovať vývoju rozsiahlych stratégií na výrobu samoliečivých vodivých gélov s lepšími vlastnosťami, ako je mechanická pevnosť a elasticita, takže použitie vodivých samoliečiacich gélov bude možné v mnohých rôznych technologických oblastiach vrátane elektroniky, energie, bezpečnosti. životné prostredie a zdravie.