Yu (Jessica) Wang
Vědci chtějí vyvinout nové materiály pro lehkou, flexibilní a dostupnou nositelnou elektroniku, aby jednoho dne, kdy naše smartphony spadnou, nezpůsobily nenapravitelné škody. Tým z Kalifornské univerzity v Mercedu vytvořil vodivé polymerové filmy, které se ve skutečnosti stávají tužšími v reakci na náraz, spíše než aby se rozpadaly, stejně jako smícháním kukuřičného škrobu a vody ve správných množstvích vzniká kaše, která je tekutá, když se míchá pomalu, ale tvrdne, když se děruje. (tj. „oobleck“). Svou práci popsali v přednášce na setkání Americké chemické společnosti v New Orleans tento týden.
„Elektronika založená na polymerech je velmi slibná,“ řekl De Wu, postdoktorand v oboru materiálové vědy na UCLA. „Chceme udělat polymerovou elektroniku lehčí, levnější a chytřejší. [With our] Systém, [the polymers] Může se stát tužší a silnější, když uděláte náhlý pohyb, ale je flexibilní, když uděláte svůj každodenní rutinní pohyb. Nejsou ani neustále tuhé, ani neustále pružné. Reagují pouze na pohyb vašeho těla.“
Jak již bylo zmíněno, výroba ooblecku je jednoduchá a snadná. Smíchejte jeden díl vody se dvěma díly kukuřičného škrobu, přidejte trochu potravinářského barviva pro zábavu a máte Oobleck, který se chová buď jako kapalina, nebo jako pevná látka, v závislosti na velikosti použitého tlaku. Míchejte pomalu a rovnoměrně, dokud je tekutý. Silně do něj udeřte a pod vaší pěstí bude pevnější. Je to klasický příklad nenewtonských kapalin.
v Perfektní tekutinaViskozita závisí do značné míry na teplotě a tlaku: voda bude dále proudit bez ohledu na jiné síly, které na ni působí, jako je míchání nebo míchání. V nenewtonských kapalinách se viskozita mění v reakci na aplikovaný tlak nebo smykovou sílu, čímž překračuje hranice mezi chováním kapaliny a pevné látky. Pohyb hrnku s vodou vytváří střižnou sílu a vodní nůžky se pohybují z cesty. Viskozita zůstává nezměněna. Ale u nenewtonských kapalin, jako jsou opakní, se viskozita mění, když je aplikována smyková síla.
Kečup je například nenewtonská tekutina o tloušťce střihu, což je jeden z důvodů, proč úder na dno láhve nezrychlí vytečení kečupu; Použití síly zvyšuje viskozitu. Jogurt, vývar, kaše a pudink jsou další příklady. A stejně tak Oobleck. (Název pochází z dětské knihy Dr. Seusse z roku 1949, Bartoloměje a Ooblecka.) Oproti tomu nestékající barva vykazuje efekt „smykového ztenčování“, lze ji snadno setřet, ale po nanesení na stěnu se stává viskóznější. Loni vědci z Massachusettského technologického institutu To potvrdil Při přechodu z kapaliny na pevnou látku bylo rozhodující tření mezi částicemi, které určovalo bod obratu, kdy tření dosáhne určité úrovně a viskozita se náhle zvýší.
Wu pracuje v laboratoři materiálového vědce Yu (Jessica) Wang, který se rozhodl pokusit se pokusit napodobit chování ooblecku při zhušťování ve smyku v polymerním materiálu. Flexibilní polymerová elektronika se obvykle vyrábí spojením konjugovaných vodivých polymerů, které jsou dlouhé a tenké, jako jsou špagety. Tyto materiály se však stále rozpadají v reakci na obzvláště velké a/nebo rychlé nárazy.
Wu a Wang se tedy rozhodli zkombinovat polymery podobné špagetám s kratšími molekulami polyanilinu a polystyrensulfonátovým poly(3,4-ethylendioxythiofenem), neboli PEDOT:PSS, celkem čtyřmi různými polymery. Dva ze čtyř mají kladný náboj a dva záporný náboj. Tuto směs použili k výrobě roztažitelných fólií a následně testovali mechanické vlastnosti.
Fólie se chovají hodně jako oobleck, spíše se deformují a natahují v reakci na náraz, než aby se rozpadaly. Wang strukturu přirovnal k velké misce špaget a masových kuliček, protože kladně nabité molekuly nemají rády vodu, a tak se skládají do mikroskopických struktur podobných kouli. Ona a Wu naznačují, že tyto mikrostruktury absorbují energii srážky a zploští se, aniž by se rozpadly. K dosažení tohoto efektu není potřeba mnoho PEDOT:PSS: stačilo pouhých 10 procent.
Další experimenty identifikovaly účinnější přísadu: kladně nabité 1,3-propandiaminové nanočástice. Tyto částice mohou oslabit interakce polymerních „karbanátek“ natolik, že se mohou dále deformovat v reakci na nárazy, a zároveň posílit interakce mezi dlouhými, zesíťovanými polymery podobnými špagetám.
Dalším krokem je aplikace jejich polymerových fólií na nositelnou elektroniku, jako jsou pásky a senzory chytrých hodinek, a také flexibilní elektroniku pro sledování zdraví. Wangova laboratoř také experimentovala s novou verzí materiálu, která by byla kompatibilní s 3D tiskem, čímž se otevřely další příležitosti. „Existuje řada potenciálních aplikací a jsme nadšeni, že uvidíme, kam nás tato nekonvenční nová vlastnost zavede.“ řekl Wang.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
