Електропроводим, самолекуващ се материал

Група учени от университета в Тексас в Остин, САЩ, под ръководството на Ю Гуихуа, създадоха гъвкава електрическа верига, базирана на специален гел, който, ако бъде разрязан на две, напълно се самолекува и възобновява първоначалната си електропроводимост.

Новият гел има комбинация от свойства, които преди не са били изпълнени заедно, той е гъвкавост, висока електрическа проводимост и способност за самостоятелно поправяне при стайна температура. Подобно решение отваря широк спектър от възможни приложения: гъвкава електроника, роботика, електрически батерии и дори мека изкуствена кожа и биомиметични протези.

Свойството на новия гел се осигурява от две гелоподобни съставки на неговото вещество: надмолекулен гел (или "супергел") и матрица от проводим полимерен хидрогел, в който се въвежда супрамолекуларен гел. Така че физическите и химичните характеристики на всеки компонент са комбинирани.

Въведеният супергел дава способността за самолечение, благодарение на неговата супрамолекулярна химична структура, особеността на която е, че не отделни молекули, а големи молекулни съединения са съставните елементи на структурата.

Тези големи подструктури се държат заедно от сили, много по-малки от отделните молекули, така че техните взаимодействия, като разделяне, са лесно обратими. Оказва се "динамично лепило", способно да се събере отново по време на раздялата.

Междувременно проводящият хидрогел, поради своята триизмерна структура, осигурява проводимост. Триизмерната структура улеснява транспорта на електрони. В допълнение, хидрогелът, подобно на гръбначния стълб, повишава силата и еластичността на композитния гел. Когато супергел се въведе в хидрогелната матрица, той се движи около хидрогела по такъв начин, че образува втора мрежа, като допълнително повишава целостта на хибридния гел.

Учените проведоха своите експерименти за проверка на електрическите свойства върху тънки филми от хибриден гел, нанесен върху гъвкави пластмасови субстрати. Проучванията показват, че проводимостта на новия гел е един от най-високите сред проводимите гелове и остава такъв благодарение на способността на гела да се самовъзстановява дори след многократно огъване и разтягане.

Учените показаха, че ако електрическата верига, направена от хибриден гел, се прекъсне, след минута тя ще се възстанови, а електрическата проводимост ще бъде същата като преди разрязването. Това се случва дори след многократно рязане на едно и също място.

Според изследователите хибридният гел, който са измислили, ще намери много приложения, до имплантируеми биосензори, където самолекуващите се електроди са просто необходими, за да се гарантира издръжливостта на устройството. Гелът може лесно да се използва за укрепване на електродите. литиево-йонни батерии висок капацитет.

Разработчиците на новия проводящ гел са уверени, че техният подход за комбиниране на супрамолекулна химия с полимерна нанонаука създава стратегия за разработване на нови самолечителни материали. Те планират да изследват основните механизми на самолечение, за да разберат по-добре основните фактори по отношение на йони на различни метали, геометрията на молекулите, взаимодействието на супрамолекулите с различни разтворители и как това се отразява на характеристиките на самолечението. Това ще допринесе за подобряване на новоразработените материали.

Ръководителят на групата Yu.Guihua отбеляза, че ще бъдат отделени специални усилия за разработване на мащабни стратегии за производство на самолекуващи проводими гелове с по-добри свойства, като механична здравина и еластичност, така че използването на проводими самолечителни гелове да стане потенциално възможно в много различни технологични области, включително електроника, енергия, сигурност околната среда и здравето.