Stworzono samonaprawiający się materiał sensoryczny

Nowy materiał może być stosowany w protetyce, a także przy tworzeniu urządzeń elektronicznych.

Naukowcy od wielu lat próbują stworzyć materiał, który imituje ludzką skórę, ma takie same cechy i pełni podobne funkcje. Głównymi cechami skóry, które naukowcy próbują odtworzyć, są wrażliwość i zdolność do gojenia. Dzięki tym właściwościom ludzka skóra wysyła do mózgu sygnały dotyczące temperatury i ciśnienia oraz służy jako bariera ochronna przed drażniącymi czynnikami środowiskowymi.

Dzięki mozolnej pracy zespołowi profesora inżynierii chemicznej Uniwersytetu Stanforda Zhenana Bao udało się po raz pierwszy stworzyć materiał łączący te dwie cechy.

W ciągu ostatnich dziesięciu lat powstało wiele przykładów „sztucznej skóry”, ale nawet te najbardziej zaawansowane miały bardzo poważne wady. Niektóre z nich wymagają wysokiej temperatury, aby się „zagoić”, co sprawia, że nie nadają się do codziennego użytku domowego. Inne są odnawiane w temperaturze pokojowej, ale podczas odnawiania ich struktura mechaniczna lub chemiczna ulega zmianie, co sprawia, że są one w rzeczywistości jednorazowe. Ale co najważniejsze, żaden z tych materiałów nie był dobrym przewodnikiem prądu.

Zhenan Bao i jego współpracownicy poczynili duży krok naprzód w tym kierunku i po raz pierwszy połączyli w jednym materiale właściwości samonaprawiającego się polimeru plastikowego i przewodność elektryczną metalu.

Naukowcy zaczęli od plastiku składającego się z długich łańcuchów cząsteczek połączonych wiązaniami wodorowymi. Jest to dość słabe połączenie między dodatnio naładowanym obszarem jednego atomu a ujemnie naładowanym obszarem następnego. Taka struktura pozwala materiałowi na skuteczne samonaprawianie się po wpływie czynników zewnętrznych. Cząsteczki rozpadają się dość łatwo, ale następnie łączą się ponownie w swojej pierwotnej formie. Rezultatem był elastyczny materiał, który naukowcy porównali do toffi pozostawionego w lodówce.

Naukowcy dodali mikrocząsteczki niklu do tego elastycznego polimeru, co zwiększyło wytrzymałość mechaniczną materiału. Ponadto te cząsteczki zwiększyły jego przewodność elektryczną: prąd jest łatwo przewodzony z jednej mikrocząsteczki do drugiej.

Wynik spełnił wszystkie oczekiwania. „Większość tworzyw sztucznych to dobre izolatory, ale my otrzymaliśmy doskonałego przewodnika” – podsumował Zhenan Bao.

Następnie naukowcy przetestowali zdolność materiału do regeneracji. Przecięli mały kawałek materiału na pół nożem. Lekko dociskając do siebie dwie powstałe części, naukowcy odkryli, że materiał odzyskał 75% swojej pierwotnej wytrzymałości i przewodności elektrycznej. Pół godziny później materiał całkowicie odzyskał swoje pierwotne właściwości.

„Nawet ludzka skóra potrzebuje kilku dni, aby się zagoić. Myślę więc, że osiągnęliśmy całkiem niezły wynik” – powiedział kolega Bao, Benjamin Chi Kion Tee.

Nowy materiał pomyślnie przeszedł także kolejny test – 50 cykli odzyskiwania po nacięciu.

Naukowcy nie zamierzają na tym poprzestać. W przyszłości chcą lepiej wykorzystać cząsteczki niklu w materiale, ponieważ nie tylko wzmacniają go i poprawiają jego przewodnictwo elektryczne, ale także zmniejszają jego zdolność do samonaprawy. Użycie mniejszych cząsteczek metalu może sprawić, że materiał będzie jeszcze skuteczniejszy.

Mierząc wrażliwość materiału, naukowcy odkryli, że może on wykrywać i reagować na nacisk z siłą uścisku dłoni. Dlatego Bao i jego zespół są przekonani, że ich wynalazek może być stosowany w protezach kończyn. Ponadto planują uczynić swój materiał tak cienkim i przezroczystym, jak to możliwe, aby można go było stosować do powlekania urządzeń elektronicznych i ich ekranów.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]