Elektricky vodivý, samoléčivý materiál

Skupina vědců z University of Texas v Austinu v USA vytvořila pod vedením Yu Guihua flexibilní elektrický obvod založený na speciálním gelu, který, pokud se rozdělí na dva, se zcela uzdraví a obnoví svou původní elektrickou vodivost.

Nový gel má kombinaci vlastností, které nebyly dříve splněny společně, je to flexibilita, vysoká elektrická vodivost a schopnost samoobsluhy při pokojové teplotě. Takové řešení otevírá širokou škálu možných aplikací: flexibilní elektroniku, robotiku, elektrické baterie a dokonce i měkké umělé kůže a biomimetické protézy.

Vlastnost nového gelu je zajištěna dvěma gelovými složkami jeho látky: supramolekulárním gelem (nebo „supergelem“) a maticí vodivého polymerního hydrogelu, do kterého je supramolekulární gel zaveden. Fyzikální a chemické vlastnosti každé složky jsou tedy kombinovány.

Zavedený supergel dává schopnost samoléčení díky své supramolekulární chemické struktuře, jejíž zvláštností je, že jednotlivé molekuly, ale velké molekulární sloučeniny, nejsou základními prvky struktury.

Tyto velké substruktury jsou drženy pohromadě silami mnohem menšími než jednotlivé molekuly, takže jejich interakce, jako je separace, jsou snadno reverzibilní. Ukazuje se „dynamické lepidlo“, schopné se během separace znovu spojit.

Mezitím vodivý hydrogel díky své trojrozměrné struktuře poskytuje vodivost. Trojrozměrná struktura usnadňuje transport elektronů. Kromě toho hydrogel, stejně jako páteř, zvyšuje pevnost a elasticitu kompozitního gelu. Když je supergel zaveden do hydrogelové matrice, proudí kolem hydrogelu tak, že tvoří druhou síť, což dále zvyšuje integritu hybridního gelu.

Vědci provedli experimenty na kontrole elektrických vlastností na tenkých filmech hybridního gelu uloženého na pružných plastových substrátech. Studie ukázaly, že vodivost nového gelu je jednou z nejvyšších mezi vodivými gely, a zůstává tak díky schopnosti gelu samoopravit i po opakovaném ohýbání a natahování.

Vědci ukázali, že pokud je elektrický obvod vyrobený z hybridního gelu přerušen, pak se po minutě zotaví a elektrická vodivost bude stejná jako před řezem. K tomu dochází i po opakovaném řezání na stejném místě.

Podle vědců nalezne hybridní gel, který vynalezli, mnoho aplikací, až po implantovatelné biosenzory, kde jsou samo uzdravovací elektrody jednoduše nezbytné k zajištění životnosti zařízení. Gel lze snadno použít k posílení elektrod. lithium-iontové baterie vysoká kapacita.

Vývojáři nového vodivého gelu jsou přesvědčeni, že jejich přístup ke kombinaci supramolekulární chemie s polymerními nanovědami vytváří strategii pro vývoj nových samoléčivých materiálů. Plánují prozkoumat základní mechanismy samoléčení s cílem lépe porozumět klíčovým faktorům týkajícím se iontů různých kovů, geometrie molekul, interakce supramolekul s různými rozpouštědly a toho, jak to ovlivňuje vlastnosti samoléčení. To přispěje ke zlepšení nově vyvinutých materiálů.

Vedoucí skupiny Yu.Guihua poznamenal, že zvláštní úsilí bude věnováno vývoji rozsáhlých strategií pro výrobu samoléčivých vodivých gelů s lepšími vlastnostmi, jako je mechanická pevnost a elasticita, takže použití vodivých samoléčivých gelů bude možné v mnoha různých technologických oblastech, včetně elektroniky, energie, bezpečnosti. životní prostředí a zdraví.