Elektriski vadošs, pašdziedinošs materiāls

Zinātnieku grupa no Teksasas Universitātes Ostinā, ASV, Yu Guihua vadībā, izveidoja elastīgu elektrisko ķēdi, kuras pamatā ir īpašs gēls, kas, ja to sadala divās daļās, ir pilnīgi pašdziedinošs un atjauno sākotnējo elektrisko vadītspēju.

Jaunajam gēlam ir tādu īpašību kombinācija, kuras iepriekš nebija tikušās kopā, tā ir elastība, augsta elektriskā vadītspēja un spēja pašremontēties istabas temperatūrā. Šāds risinājums paver plašu iespējamo pielietojumu: elastīgu elektroniku, robotiku, elektriskās baterijas un pat mīkstas mākslīgās ādas un biomimētiskās protēzes.

Jaunā gēla īpašības nodrošina divas tā vielas želejveida sastāvdaļas: supramolekulārs gēls (jeb “supergels”) un vadoša polimēra hidrogela matrica, kurā ievada supramolekulāro gēlu. Tātad katra komponenta fizikālās un ķīmiskās īpašības ir apvienotas.

Ieviestais supergels dod iespēju pašdziedināties, pateicoties tā supramolekulārajai ķīmiskajai struktūrai, kuras īpatnība ir tā, ka struktūras atsevišķie elementi nav atsevišķas molekulas, bet lielie molekulārie savienojumi.

Šīs lielās apakšstruktūras tur kopā spēki, kas ir daudz mazāki nekā atsevišķas molekulas, tāpēc to mijiedarbība, piemēram, atdalīšana, ir viegli atgriezeniska. Izrādās "dinamiska līme", kas atdalīšanas laikā spēj sevi apvienot.

Tikmēr vadošais hidrogels, pateicoties tā trīsdimensiju struktūrai, nodrošina vadītspēju. Trīsdimensiju struktūra atvieglo elektronu transportēšanu. Turklāt hidrogēls, tāpat kā mugurkauls, palielina kompozītmateriāla gēla stiprību un elastību. Kad supergelu ievada hidrogela matricā, tas plūst ap hidrogelu tādā veidā, ka veido otro tīklu, vēl vairāk uzlabojot hibrīda gēla integritāti.

Zinātnieki veica savus eksperimentus, lai pārbaudītu hibrīda gēla plānas plēves, kas uzklātas uz elastīgiem plastmasas pamatnēm, elektrisko īpašību pārbaudei. Pētījumi ir parādījuši, ka jaunā gēla vadītspēja ir viena no augstākajām starp vadošajiem gēliem, un tā tas saglabājas, pateicoties gēla spējai pašremontēties pat pēc atkārtotas liekšanas un stiepšanās.

Zinātnieki ir pierādījuši, ka, ja tiek sagriezta elektriskā ķēde, kas izgatavota no hibrīda gēla, tad pēc minūtes tā pati atgūsies, un elektriskā vadītspēja būs tāda pati kā pirms griezuma. Tas notiek pat pēc atkārtotas izciršanas tajā pašā vietā.

Pēc pētnieku domām, viņu izgudrotais hibrīda gēls atradīs daudzus lietojumus līdz pat implantējamiem biosensoriem, kur pašdziedinošie elektrodi ir vienkārši nepieciešami, lai nodrošinātu ierīces izturību. Gēlu var viegli izmantot, lai stiprinātu elektrodus. litija jonu baterijas liela ietilpība.

Jaunā vadošā gēla izstrādātāji ir pārliecināti, ka viņu pieeja supramolekulārās ķīmijas apvienošanai ar polimēra nanozinātni rada jaunu pašdziedinošu materiālu izstrādes stratēģiju. Viņi plāno izpētīt pašdziedināšanās pamatmehānismus, lai labāk izprastu galvenos faktorus, kas attiecas uz dažādu metālu joniem, molekulu ģeometriju, supramolekulu mijiedarbību ar dažādiem šķīdinātājiem un kā tas ietekmē pašdziedināšanās īpašības. Tas veicinās jaunizveidoto materiālu uzlabošanu.

Grupas vadītājs Ju.Guihua atzīmēja, ka īpašas pūles tiks veltītas liela mēroga stratēģiju izstrādei pašdziedinošu vadošu gēlu ražošanai ar labākām īpašībām, piemēram, mehānisko izturību un elastību, lai vadošos pašdziedinošos gēlus varētu izmantot potenciāli daudzās dažādās tehnoloģiskās jomās, tostarp elektronikā, enerģētikā, drošībā. vide un veselība.