Tento pružný elektronický materiál při nárazu ztvrdne jako „oobleck“

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.

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.