Благодарение на нови изследвания, проведени от екип от Калифорнийския университет в Мерсед, един ден електронните устройства за носене и сензорите ще могат да се изработват от материал, който се втвърдява при удар или разтягане.

Тази т.нар. "адаптивна издръжливост“ е важна характеристика от гледна точка на науката за материалите. Тя гарантира защита от повреди и устойчивост на натоварване дори в тежки условия.

Новият материал всъщност е вдъхновен от царевичното нишесте, използвано в готварството, което може да се разбърква, когато се добави вода. За разлика от мокрия пясък, който има постоянен вискозитет, независимо дали се разбърква или пробива, сместа от царевично нишесте действа като течност при леко разбъркване и като твърдо вещество при бързо пробиване.

При бавно разбъркване на царевичното нишесте малките частици се отблъскват взаимно, което ги кара да действат като течност. Но ако ударите повърхността бързо, те се допират, предизвиквайки триене и действайки като твърдо тяло. Тази разлика в поведението се дължи на размера на частиците.

Изследователите искат да проверят дали могат да получат същите резултати от полимерен материал.

За да постигне това, екипът започва с конюгирани полимери: полимери със специални свойства, които помагат на материалите да провеждат електричество, като същевременно остават сравнително меки и еластични. Тези материали могат да бъдат направени от всякакви комбинации от молекули.

В този случай те включват дълги молекули поли(2-акриламидо-2-метилпропанесулфонова киселина), къси молекули полианилин и високоефективен проводник - поли(3,4-етилендиокситиофен) полистирен сулфонат (PEDOT:PSS). Не се притеснявайте, ако тези имена не са ви познати - всичко, което наистина трябва да знаете, е, че комбинацията създава покритие, което се деформира или разтяга, когато е подложено на бързи удари.

Колкото по-бързи са ударите, толкова по-твърд става материалът. След това добавянето на 10 % повече PEDOT:PSS подобрява както адаптивната издръжливост, така и проводимостта на материала.

Според изследователите изборът им на два положително и два отрицателно заредени полимера създава материал със свръхмалки структури като миниатюрни кюфтенца в купа със спагети. Тези "кюфтета" абсорбират шока от ударите, без да се разпадат напълно, и запазват материала и неговата проводимост.

По-нататъшните експерименти показват, че добавянето на положително заредени наночастици 1,3-пропандиамин подобрява още повече здравината, като леко отслабва "кюфтетата" (така че материалът може да понесе по-големи удари), докато укрепва "спагетените нишки" около тях (запазвайки целостта на материала).

Всичко това е доста сложно и техническо, но материалът би трябвало да намери приложение и извън лабораторията, ако може да бъде произведен в голям мащаб. Изследователският екип предлага примери за ленти за смарт часовници, сензори за носене и здравни монитори - например за сърдечносъдово здраве или за нивото на глюкозата.

Персонализираните електронни протези са друг потенциален случай на употреба и нещо, с което изследователите вече са експериментирали. В крайна сметка от този универсален материал може да се принтират 3D изкуствени крайници.

Настоящото откритие е поредното, което ни напомня колко важно е да откриваме нови материали или да усъвършенстваме вече съществуващите, както и за това как те могат да променят нашето бъдеще - от устройствата, които използваме, до дрехите, които носим.

"Съществуват редица потенциални приложения и ние сме развълнувани да видим докъде ще ни отведе това ново, нетрадиционно свойство", казва ученият по материали Юе Уанг.

Изследването е представено на пролетната среща на Американското химическо дружество през 2024 г.

Източник: Science Alert