Проводящее «я»

Особенность от 2 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Ингрид Фаделли, Phys.org

Последние достижения в области электроники позволили создавать меньшие по размеру и все более сложные устройства, включая носимые технологии, биосенсоры, медицинские имплантаты и мягкие роботы. Большинство этих технологий основано на эластичных материалах с электронными свойствами.

Хотя ученые-материалисты уже представили широкий спектр гибких материалов, которые можно использовать для создания электроники, многие из этих материалов хрупкие и могут быть легко повреждены. Поскольку повреждение материалов может привести к их выходу из строя, а также поставить под угрозу общее функционирование системы, в которую они интегрированы, некоторые существующие мягкие и проводящие материалы могут оказаться ненадежными и непригодными для крупномасштабного внедрения.

Исследователи из Харбинского университета науки и технологий в Китае недавно разработали новый проводящий и самовосстанавливающийся гидрогель, который можно использовать для создания гибких датчиков для носимых устройств, роботов и других устройств. Этот материал и его состав были описаны в журнале Science: Advanced Materials and Devices.

«В этой статье поливиниловый спирт (ПВА) и 4-карбоксилбензальдегид (CBA) использовались для формирования скелета двойной сети, а полианилин (PANI) был использован для сборки гибкого датчика с превосходными характеристиками самовосстановления», — Сяомин Ван, Линг Вэн и их коллеги написали в своей статье. «Гидрофобная ассоциация ПВС и КБК гарантирует механические свойства гидрогелевого датчика, а введение ПАНИ придает гидрогелевому датчику электрические свойства».

Ван, Венг и их коллеги создали свой материал, введя CBA, органическое соединение, состоящее из бензольного кольца, замещенного альдегидом и карбоновой кислотой, в ПВС, водорастворимый синтетический полимер, и добавив проводящий полимер PANI посредством электростатического взаимодействия. В ходе первоначальных испытаний они обнаружили, что материал обладает замечательными механическими свойствами и может самовосстанавливаться после повреждений. Более того, он может достигать максимального напряжения 4,35 МПа и максимальной деформации 380%.

Затем исследователи использовали этот материал для создания датчика деформации — чувствительного устройства, которое может обнаруживать внешние силы и приложенное давление, исходящие из окружающей среды. Было обнаружено, что этот датчик работает очень хорошо, измеряя как небольшие сигналы деформации, такие как кашель или разговор пользователя, так и более энергичные движения тела.

«Гибкий датчик, подготовленный в этой статье, имеет чувствительность 1,71 в диапазоне деформации 0–300% и предельную деформацию обнаружения менее 1%», — написали Ван, Венг и их коллеги в своей статье. «Время отклика гидрогелевого датчика при растяжении составляет 158 мс. Кроме того, гидрогелевый датчик также обладает способностью самовосстановления. При комнатной температуре после разрезания гидрогеля для завершения ремонта требуется всего одна минута, а самовосстанавливающийся - Скорость выздоровления составляет около 60%.

В будущем гидрогель, созданный этой командой исследователей, может быть использован для разработки широкого спектра других датчиков и носимой электроники, таких как датчики, которые могут обнаруживать движение человека, или медицинские устройства, которые отслеживают определенные биологические сигналы. Кроме того, их работа может проложить путь к разработке подобных гибких и проводящих гидрогелей со свойствами самовосстановления.

Больше информации: Сяомин Ван и др., Создание самовосстанавливающегося гидрогеля с проводящей и механической прочностью для гибкого датчика, Научный журнал: Передовые материалы и устройства (2023). DOI: 10.1016/j.jsamd.2023.100563