Ученые из Калифорнийского университета в своем последнем исследовании демонстрируют возможности разработки электронных носимых устройств и датчиков из нового материала, который укрепляется под воздействием ударов или растяжения. Этот материал обладает адаптивной прочностью, что делает его особенно ценным для защиты и стабильности в экстремальных условиях. Вдохновением для исследователей послужил кукурузный крахмал, который обладает уникальными свойствами при взаимодействии с водой.
При медленном сжатии крахмала, его частицы ведут себя подобно жидкости, отталкиваясь друг от друга. Однако при быстром сжатии частицы начинают контактировать и трется друг о друга, заставляя материал вести себя как твердое тело. Это изменение свойств связано с размером частиц. Исследователи анализируя эту особенность крахмала, стремились воспроизвести подобное поведение используя полимерные материалы.
Для достижения желаемых характеристик исследовательская группа применила сопряженные полимеры, которые обладают способностью проводить электричество, сохраняя при этом гибкость и упругость. Эти материалы создавались из сочетания длинных молекул поли(2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты), коротких молекул полианилина и эффективного проводника поли(3,4-этилендиокситиофен)-полистиролсульфоната (PEDOT: PSS).
Ключевым аспектом стало то, что добавление дополнительного 10% PEDOT: PSS не только улучшило адаптивную прочность, но и повысило электропроводность материала. Эти изменения позволили создать пленку, которая при быстром воздействии изменяла свою форму, увеличивая свою прочность с каждым ударом.
Исследователи также отметили, что использование двух положительно и двух отрицательно заряженных полимеров создало структуру, напоминающую миниатюрные фрикадельки в чашке спутанных спагетти. Эти фрикадельки способны поглощать удары без полного разрушения, сохраняя материал и его проводимость на должном уровне. Эксперименты с добавлением положительно заряженных наночастиц 1,3-пропандиамина показали дальнейшее улучшение прочности и сохранение целостности материала при более сильных ударах.
Команда ученых считает, что их разработка может найти широкое применение в создании умных часов, носимых датчиков, медицинских мониторов, персонализированных электронных протезов и даже в печати искусственных конечностей. Они подчеркивают важность продолжения поиска и улучшения новых материалов, которые могут радикально трансформировать наше повседневное существование и взаимодействие с окружающим миром.