Харчова добавка для супів допомогла створити електроніку, що розтягується

Стенфордські хіміки винайшли новий пластичний електропровідний матеріал, який розтягується як гума і добре проводить електрику порівняно з іншими еластичними провідниками. При цьому матеріал зберігає здатність проводити електрику навіть при розтягненні матеріалу в шість разів від початкового розміру. Опис роботи опубліковано в журналі.

Гнучкі, розтяжувані електропровідні матеріали потрібні в багатьох медичних додатках, наприклад таких, як імплантовані електроди для вимірювання активності мозку. У новій роботі інженери-хіміки показали, як можна перетворити крихкий пластик на гнучкий гумоподібний матеріал зі збереженням електропровідних властивостей. В результаті вони отримали м'який, гнучкий електропровідний полімер, який можна використовувати в якості штучної шкіри та імплантів завдяки його безпеці та біосумісності.

Як основу для нового матеріалу хіміки взяли пластик, який складається з двох пов'язаних полімерів - з двома важливими властивостями: високою електропровідністю і біосумісністю. Проблема полягала в крихкості матеріалу: він втрачав свої властивості навіть при п'ятивідсотковому розтягненні. Дослідникам потрібно було знайти правильну додаткову молекулярну структуру, яка запобігла б кристалізацію матеріалу і збільшила його гнучкість, зберігши при цьому вихідні електропровідні властивості. Вибираючи добавки до вихідного матеріалу вчені звернули увагу на іонні рідини через велику кількість комерційно доступних зразків.

Вчені протестували близько двадцяти різних складів і зупинилися на декількох речовинах, деякі з яких використовуються в харчовій промисловості для надання густоти продуктам (зокрема, супам): додецилбензолсульфонова кислота і її натрієва сіль, а також диоктилсульфосукцинат натрію. Тим не менш, найкращого результату вченим вдалося досягти, використовуючи біс (трифторметан) сульфонімід літію, який не є харчовою добавкою. Вищевказані сполуки не тільки зробили матеріал добре розтяжним, але і зберегли електропровідність. Завдяки добавкам тендітна молекулярна структура вихідного полімеру стала м'якшою, а будова матеріалу стала нагадувала собою рибальську мережу з нитками і осередками - це дозволило йому вільно розтягуватися і деформуватися.

Тестування нової полімерної плівки показало, що її питома електропровідність порівнянна з кращими значеннями, що досягаються полімерами PEDOT:PSS: більше 3100 сіменс/см при нульовому розтягненні, і більше 4100 сіменс/см при дворазовому розтягненні - це одні з найвищих показників провідності для розтяжних провідників. Матеріал також виявився стійким до навантажень, що повторюються: електропровідність залишилася в межах 3600 сіменс/см після тисячі циклів дворазового розтягнення. Більш того, електропровідність спостерігалася в межах 100 сіменс/см при шестиразовому розтягненні, з кордоном руйнування при 800 відсотках від початкового розміру - за цим показником новий матеріал перевершує навіть кращі зразки гнучких провідників на базі вуглецевих нанотрубок і срібних ниток.

Раніше ми писали про самовідновлюваний електропровідний біосумісний матеріал, а також про еластичні плати для носимих у пристроїв.