Хотя технологии движутся в сторону более легкой, гибкой, складной и вращающейся электроники, существующие схемы, которые питают их, не предназначены для свободного изгиба и многократного самовосстановления трещин или поломок, которые могут возникнуть в результате нормального износа.До сих пор самовосстанавливающиеся материалы полагались на применение внешних раздражителей, таких как свет или тепло, чтобы активировать восстановление. «Супергелевый» материал UT Austin обладает высокой проводимостью (степенью, в которой материал проводит электричество) и сильными механическими и электрическими свойствами самовосстановления.
«В последнее десятилетие концепция самовосстановления была популяризирована людьми, работающими над различными приложениями, но это первый раз, когда это было сделано без внешних стимулов», — сказал доцент кафедры машиностроения Гуйхуа Ю, который разработал гель. «Нет необходимости в тепле или свете для устранения трещины или разрыва в цепи или батарее, что часто требуется для ранее разработанных самовосстанавливающихся материалов».Ю и его команда создали самовосстанавливающийся гель, объединив два геля: самособирающийся гель с металлическим лигандом, который обеспечивает самовосстановление, и полимерный гидрогель, который является проводником. Статья о синтезе их гидрогеля появилась в ноябрьском номере Nano Letters.В этой последней статье исследователи описывают, как они использовали дискообразную молекулу жидкого кристалла для повышения проводимости, биосовместимости и проницаемости своего полимерного гидрогеля.
Они смогли достичь примерно в 10 раз большей проводимости, чем другие полимерные гидрогели, используемые в биоэлектронике и обычных аккумуляторных батареях. Наноструктуры, из которых состоит гель, представляют собой самые маленькие структуры, способные обеспечивать эффективный перенос заряда и энергии.В отдельной статье, опубликованной в сентябре в Nano Letters, Ю представил самовосстанавливающийся гибридный гель.
Вторым ингредиентом самовосстанавливающегося гибридного геля является супрамолекулярный гель металл-лиганд. Используя молекулы терпиридина для создания каркаса, а атомы цинка в качестве структурного клея, молекулы образуют структуры, способные к самосборке, что дает им возможность автоматически заживать после разрыва.Когда супрамолекулярный гель вводится в полимерный гидрогель, образуя гибридный гель, его механическая прочность и эластичность повышаются.
Ю считает, что для создания самовосстанавливающейся электронной схемы самовосстанавливающийся гель не заменит типичные металлические проводники, переносящие электричество, но его можно использовать в качестве мягкого соединения, соединяющего другие части схемы.«Этот гель можно наносить на точки соединения цепи, потому что часто вы видите обрыв», — сказал он. «Однажды вы могли бы приклеить или приклеить гель к этим соединениям, чтобы цепи были более прочными и их труднее было сломать».Команда Ю также изучает другие приложения, в том числе медицинские приложения и накопители энергии, где они обладают огромным потенциалом для использования в батареях для лучшего хранения электрического заряда.
Исследование Ю финансировалось Национальным научным фондом, Американским химическим обществом, Фондом Уэлча и 3M.