Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде сообщают о разработке самовосстанавливающегося полимерного материала для применения в электронике и робототехнике. Материал растяжимый и прозрачный, проводит ионы для генерации тока и в будущем сможет помочь поломанному смартфону вновь стать целым.

Исследователи представят свою работу на 253-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).

Чао Ванг (Chao Wang) рассказал, что при разрезании нового самовосстанавливающегося материала на 2 части, половинки заново срастаются вместе, как будто ничего не случилось, точно так же, как кожа человека. Ванг занимался разработкой самовосстанавливающегося литий-ионного аккумулятора, и при поломке мобильного телефона, он сможет починить себя сам и прослужить намного дольше.

Ключом к самовосстановлению материала является химическая связь. Ванг объясняет, что существуют два типа связей. Есть ковалентные связи, которые прочны и не легко реструктурируются при разрушении; и нековалентные связи, которые являются более слабыми и более динамичными. Например, водородные связи, которые соединяют молекулы воды друг с другом, являются нековалентными, постоянно разрушаются и соединяются, что обуславливает жидкостные свойства воды. «Большинство самовосстанавливающихся полимеров образуют водородные связи или связь металл-лиганд, но они не подходят для ионных проводников», - говорит Ванг.

Команда Ванга вместо этого использовала другой тип нековалентной связи, называемой ионно-дипольным взаимодействием, силой между заряженными ионами и полярными молекулами. «Ион-дипольные взаимодействия никогда не использовались для разработки самовосстанавливающегося полимера, но оказалось, что они как раз особенно подходят для ионных проводников», - говорит Ванг. Основная идея разработки нового материала заключалась в использовании полярного растяжимого полимера, сополимера винилиденфторида и гексафторпропилена, а также ионной соли с высокой подвижностью. Полимерные цепи связаны друг с другом ион-дипольными взаимодействиями между полярными группами в полимере и ионной солью.

Полученный материал может растягиваться до 50 раз от  своего обычного размера. После разрыва на две части, материал автоматически сшивал себя сам полностью в течение одного дня.

 

Материал может растягиваться до 50 раз от  своего обычного размера. После разрыва на две части материал сшивает себя сам в течение одного дня.

 

В качестве теста исследователи создали «искусственную мышцу», поместив непроводящую мембрану между двумя слоями ионного проводника. Новый материал отреагировал на электрические сигналы, приведя в движение эти искусственные мышцы, названные так поскольку биологические мышцы также движутся в ответ на электрические сигналы (хотя материалы Ванга не предназначены для медицинских применений).

На следующем этапе исследователи будут работать над  улучшением свойств материала. Например, они испытают материал в жестких условиях, таких как высокая влажность. «Предыдущие самовосстанавливающиеся полимеры плохо работали при высокой влажности, - говорит Ванг. – При попадании воды все портилось, так как она может изменять механические свойства. В настоящее время мы меняем ковалентные связи внутри самого полимера, чтобы подготовить эти материалы к реальным приложениям ».

Источник: https://ucrtoday.ucr.edu/43181

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта