Носимые электронные устройства и датчики однажды могут быть изготовлены из материала, который становится более жестким при ударе или растяжении, благодаря новому исследованию, проведенному командой из Калифорнийского университета в Мерседе.
Эта «адаптивная долговечность», как известно, является важной характеристикой с точки зрения материаловедения. Это означает защиту от повреждений и устойчивость к стрессам даже в суровых условиях.
На создание нового материала на самом деле вдохновил кукурузный крахмал, используемый в кулинарии, который можно перемешивать при добавлении воды. В отличие от влажного песка, который имеет постоянную вязкость независимо от того, смешан ли он или утрамбован, суспензия кукурузного крахмала действует как жидкость при осторожном перемешивании и как твердое вещество при быстром ударении.
Когда вы медленно раздавливаете кукурузный крахмал, крошечные частицы отталкивают друг друга, заставляя их действовать как жидкость. Но если вы быстро ударитесь о поверхность, они соприкоснутся, вызывая трение и действуя как твердое тело. Эта разница в поведении обусловлена размером частиц.
Исследователи хотели посмотреть, смогут ли они получить те же результаты с помощью полимерного материала.
Чтобы добиться этого, команда начала с сопряженных полимеров: полимеров с особыми свойствами, которые помогают материалам проводить электричество, оставаясь при этом относительно мягкими и эластичными. Эти материалы могут быть изготовлены из всевозможных комбинаций молекул.
В данном случае в их состав вошли длинные молекулы поли(2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоты), короткие молекулы полианилина и высокоэффективный проводник – поли(3,4-этилендиокситиофен)полистиролсульфонат (PEDOT:PSS) . Не волнуйтесь, если эти имена вам незнакомы — все, что вам действительно нужно знать, это то, что эта комбинация создала пленку, которая деформировалась или растягивалась при резких ударах.
Чем быстрее удары, тем жестче становился материал. Добавление на 10 процентов больше PEDOT:PSS улучшило как адаптивную долговечность, так и проводимость материала.
По словам исследователей, выбор двух положительно заряженных и двух отрицательно заряженных полимеров создает материал со сверхмалыми структурами, похожими на миниатюрные фрикадельки в запутанной миске спагетти. Эти «фрикадельки» поглощают удары, не распадаясь полностью, сохраняя материал и его проводимость на месте.
Дальнейшие эксперименты показывают, что добавление положительно заряженных наночастиц 1,3-пропандиамина еще больше повышает прочность, слегка ослабляя «фрикадельки» (чтобы материал мог выдерживать более сильные удары), одновременно укрепляя «ниточки спагетти» вокруг них (сохраняя целостность материал).
Все это довольно сложно и технично, но материал должен найти применение за пределами лаборатории, если его можно производить в больших масштабах. Ремешки умных часов, носимые датчики и мониторы здоровья (например, для сердечно-сосудистой системы или уровня глюкозы) — все это примеры, предложенные исследовательской группой.
Персонализированное электронное протезирование — еще один потенциальный вариант использования, с которым исследователи уже экспериментировали. Со временем из этого универсального материала можно будет напечатать протезы конечностей на 3D-принтере.
Это еще одно напоминание о возможности открытия новых материалов и усовершенствования существующих материалов, а также о том, как они могут изменить наше будущее – от устройств, которые мы используем, до одежды, которую мы носим.
«Существует ряд потенциальных применений, и мы рады видеть, куда нас приведет это новое, нетрадиционное свойство», — говорит ученый-материаловед Юэ Ван.
Ученые разгадали 40-летнюю загадку объекта, возвышающегося над Млечным путем
На протяжении четырех десятилетий астрономы ломали голову над гигантской петлей, которая, по-видимому, разрастается из центра Млечного пути. Известная как центральная доля Галактики (GCL), эта структура объясняется самыми разными причинами: от…
Астрономы наконец-то нашли объяснение вековой загадке звёздного неба
Более века астрономы ломают голову над странным несоответствием в исторических данных. Тета Эридани, скромная звезда в созвездии Эридана, является третьей по яркости звездой в своем созвездии, ее звездная величина составляет…
Городские голуби живут бок о бок с людьми уже 3500 лет
Новое исследование показало, что жители Кипра разводили и кормили голубей около 3500 лет назад. Они относились к диким сизым голубям, которые сегодня являются городскими птицами, как к животным, находящимся под…
Попадание в многоквартирный дом во Владимире и 209 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 209 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваториями Азовского и Черного морей, сообщили в Минобороны РФ. Пожар возник в результате попадания беспилотного…
Мирошник: 69 жителей России погибли от ударов ВСУ за неделю, 364 получили ранения
Почти 70 мирных жителей РФ, включая двоих детей, погибли за неделю от ударов со стороны Вооруженных сил Украины (ВСУ), более 360 человек, в том числе 12 несовершеннолетних, получили ранения. Об…
ФСБ России предотвратила теракт на крупном предприятии на Урале
Сотрудники ФСБ предотвратили теракт спецслужб Украины на одном из крупных промышленных предприятий на Урале. Готовивший теракт 60-летний житель Тюмени ликвидирован при оказании вооруженного сопротивления, сообщили в Центре общественных связей (ЦОС)…
Можно ли разорвать ядерное кольцо вокруг России
Вместо трех стран НАТО, юридически и фактически обладающих ядерным оружием, есть еще пять с американ...
800 млн лет назад огненный дождь из астероидов обрушился на Солнечную систему
На Земле сложно отслеживать события, изменяющие её поверхность, поскольку сама поверхность постоянно...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".