09:19 2024-03-20 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Lovirea acestui material elastic, electronic, îl face mai dur

_ Lovind acest material elastic, electronic îngreunează situația

Accidentele au loc în fiecare zi, iar dacă scăpați ceasul inteligent sau este lovit cu adevărat, dispozitivul probabil nu va mai funcționa. Dar acum, cercetătorii raportează despre un material moale, flexibil, cu „durabilitate adaptivă”, ceea ce înseamnă că devine mai puternic atunci când este lovit sau întins. De asemenea, materialul conduce electricitatea, făcându-l ideal pentru următoarea generație de dispozitive portabile sau senzori medicali personalizați.

Cercetătorii își vor prezenta rezultatele astăzi la reuniunea de primăvară a Societății Americane de Chimie (ACS).

Inspirația pentru noul material a venit dintr-un amestec folosit în mod obișnuit în gătit – un suspensie de amidon de porumb.

„Când amestec amidonul de porumb și apa încet, lingura se mișcă ușor”, explică Yue (Jessica) Wang , un cercetător al materialelor și investigatorul principal al proiectului. „Dar dacă ridic lingura afară și apoi înjunghiez amestecul, lingura nu intră înapoi. Este ca și cum aș înjunghia o suprafață tare”. Acest nămol, care ajută la îngroșarea tocanelor și a sosurilor, are durabilitate adaptivă, trecând de la maleabil la puternic, în funcție de forța aplicată. Echipa lui Wang și-a propus să imite această proprietate într-un material conductiv solid.

Multe materiale, cum ar fi metalele, care conduc electricitatea sunt dure, rigide sau fragile. Dar cercetătorii au dezvoltat modalități de a face versiuni moi și flexibile folosind polimeri conjugați - molecule lungi, asemănătoare spaghetelor, care sunt conductoare. Cu toate acestea, majoritatea polimerilor flexibili se despart dacă suferă impacturi repetate, rapide sau mari. Deci, echipa lui Wang de la Universitatea din California, Merced, și-a propus să selecteze combinația potrivită de polimeri conjugați pentru a crea un material durabil care să imite comportamentul adaptativ al particulelor de amidon de porumb din apă.

Inițial, cercetătorii a făcut o soluție apoasă din patru polimeri: acid poli(2-acrilamido-2-metilpropansulfonic), lung, asemănător spaghetelor, molecule de polianilină mai scurte și o combinație foarte conductivă cunoscută sub numele de poli(3,4-etilendioxitiofen) polistiren sulfonat (PEDOT:PSS) . După ce a întins un strat subțire de amestec și l-a uscat pentru a face o peliculă, echipa a testat proprietățile mecanice ale materialului elastic.

Ei au descoperit că, în loc să se desprindă de impacturi foarte rapide, acesta s-a deformat sau s-a întins. Cu cât impactul era mai rapid, cu atât filmul devenea mai elastic și mai dur. Și, în mod surprinzător, doar o adăugare de 10% de PEDOT:PSS a îmbunătățit atât conductivitatea materialului, cât și durabilitatea adaptivă. Wang observă că acest rezultat a fost neașteptat, deoarece singure, PEDOT și PSS nu devin mai dure cu impacturi rapide sau mari.

Cei patru polimeri, doi cu sarcini pozitive și doi cu sarcini negative, se încurcă ca și cum un castron mare de spaghete și chifteluțe, explică Di Wu, un cercetător postdoctoral în laboratorul lui Wang, care prezintă lucrările la întâlnire.

„Deoarece moleculele încărcate pozitiv nu le place apa, ele se adună în chifteluță. -ca microstructuri", spune Wu. Ipoteza echipei este că comportamentul adaptativ provine din chiftelele care absorb energia unui impact și se aplatizează atunci când sunt lovite, dar nu se despart complet.

Cu toate acestea, Wu a vrut să vadă cum adăugarea de molecule mici ar putea crea un compozit. material care a fost și mai dur atunci când este întins sau a căzut rapid. Deoarece toți polimerii aveau sarcini, echipa a ales molecule cu sarcini pozitive, negative sau neutre pentru a testa. Apoi au evaluat modul în care aditivii au modificat interacțiunile polimerilor și au afectat durabilitatea adaptivă a fiecărui material.

Rezultatele preliminare au indicat că nanoparticulele încărcate pozitiv din 1,3-propandiamină au fost cel mai bun aditiv, oferind cel mai adaptativ. funcţionalitate. Wu spune că acest aditiv a slăbit interacțiunile polimerilor care formează „chiftele”, făcându-le mai ușor de împins și de deformat atunci când sunt lovite și a întărit „siruri de spaghete” strâns încurcate.

„Adăugarea de molecule încărcate pozitiv la materialul nostru l-a făcut și mai puternic la rate mai mari de întindere”, spune Wu.

În viitor, spune Wang, echipa se va schimba spre demonstrarea aplicabilitatea materialului lor conductor ușor. Posibilitățile includ articole portabile moi, cum ar fi benzile integrate și senzori din spate pentru ceasurile inteligente și electronice flexibile pentru monitorizarea sănătății, cum ar fi senzori cardiovasculari sau monitoare continue de glucoză.

În plus, echipa a formulat o versiune anterioară a adaptivului. material pentru imprimare 3D și a produs o replică a mâinii unui membru al echipei, demonstrând potențiala încorporare în proteze electronice personalizate. Wang crede că noua versiune compozită ar trebui să fie, de asemenea, compatibilă cu imprimarea 3D pentru a realiza orice formă dorită.

Durabilitatea adaptivă a materialului înseamnă că viitoarele dispozitive cu biosenzori ar putea fi suficient de flexibile pentru mișcarea umană normală, dar să reziste la deteriorare. dacă sunt loviți accidental sau loviți puternic, explică Wang. „Există o serie de aplicații potențiale și suntem încântați să vedem unde ne va duce această proprietate nouă, neconvențională.”

(Fluierul)

Inapoi