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 выяснили, почему с возрастом скорость ходьбы снижается
Голеностопный сустав выполняет сразу две функции. Он поглощает вес при соприкосновении стопы с землей и толкает вперед перед следующим шагом – две задачи, которые отчасти работают друг против друга. На…
Изменение климата приводит к перераспределению солнечного света по всей планете
Солнечный свет питает жизнь на Земле. Он влияет на погоду, способствует росту растений, растапливает снег и лед, а также обеспечивает энергией солнечные электростанции по всему миру. Большинство людей считают, что…
Как человечество пережило извержение супервулкана Тоба 74 000 лет назад
Около 74 000 лет назад Земля пережила одно из самых разрушительных вулканических событий в своей недавней истории. Суперизвержение Тоба, эпицентр которого находился на территории современной Индонезии, выбросило в стратосферу более…
Повреждение объекта МНПЗ и 172 БПЛА. Последствия атаки ВСУ на российские регионы
Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 172 украинских беспилотника над российскими регионами, а также акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Объект Московского нефтеперерабатывающего…
Мирошник: 29 человек, включая ребенка, погибли за неделю от ударов ВСУ, еще 225 были ранены
Порядка 30 мирных жителей, в том числе ребенок, погибли за неделю от ударов Вооруженных сил Украины, более 220 человек получили ранения. Об этом ТАСС сообщил посол по особым поручениям МИД…
ФСБ: в Ярославской области задержан мужчина, готовивший теракт на железной дороге
Сотрудники ФСБ задержали в Ярославской области мужчину, готовившего по заданию украинских спецслужб теракт на железной дороге. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе УФСБ России по региону. "Установлено, что гражданин по…
Европа готовится к переговорам с Россией, не желая договариваться
Одно из решений, которое может быть принято на предстоящих на этой неделе саммитах G7 и Евросоюза – ...
Ловушка сравнения: как нас делает несчастными ощущение «бедности»
Группа специалистов канадского Университета Макгилла выяснила, что люди, чувствующие себя в финансов...
Работа - это такая вещь, которая мешает получать удовольствие от жизни, помогая получать удовольствие от жизни.
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)".