En ny måde at kombinere bløde materialer på

Hvert komplekst menneskeligt redskab, fra det første spyd til den nyeste smartphone, har indeholdt flere materialer klemt, bundet, skruet, limet eller loddet sammen. Men den næste generation af værktøjer, fra autonome squishy robotter til fleksibel wearables, vil være blød. At kombinere flere bløde materialer til en kompleks maskine kræver en helt ny værktøjskasse - trods alt der er ikke noget, der hedder en blød skrue.

Nuværende metoder til at kombinere bløde materialer er begrænsede, afhængig af lim eller overfladebehandlinger, der kan begrænse fremstillingsprocessen. For eksempel, det giver ikke meget mening at påføre lim eller udføre overfladebehandling, før hver dråbe blæk falder af under en 3D -printning. Men nu, forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har udviklet en ny metode til kemisk binding af flere bløde materialer uafhængigt af fremstillingsprocessen. I princippet, metoden kan anvendes i alle fremstillingsprocesser, inklusive men 3D -print og belægning. Denne teknik åbner døren til fremstilling af mere komplekse bløde maskiner.

Forskningen er publiceret i Naturkommunikation .

"Denne teknik giver os mulighed for at binde forskellige hydrogeler og elastomerer i forskellige fremstillingsprocesser uden at gå på kompromis med materialernes egenskaber, "sagde Qihan Liu, en postdoktor ved SEAS og medforfatter af papiret. "Vi håber, at dette vil bane vejen for hurtige prototyper og masseproducerende biomimetiske bløde enheder til sundhedsydelser, mode og augmented reality. "

Forskerne fokuserede på de to mest anvendte byggesten til bløde enheder, hydrogeler (ledere) og elastomerer (isolatorer). For at kombinere materialerne, teamet blandede kemiske koblingsmidler i forstadierne til både hydrogeler og elastomerer. Koblingsmidlerne ligner molekylære hænder med små haler. Når forstadierne dannes til materielle netværk, halen af ​​koblingsmidlerne fastgøres til polymernetværkerne, mens hånden forbliver åben. Når hydrogel og elastomer kombineres i fremstillingsprocessen, de frie hænder rækker over materialegrænsen og ryster, skabe kemiske bindinger mellem de to materialer. Tidspunktet for "håndtrykket" kan indstilles af flere faktorer, såsom temperatur og katalysatorer, tillader forskellige mængder produktionstid før limning sker.

Forskerne viste, at metoden kan binde to stykker støbte materialer som lim, men uden at påføre et limlag på grænsefladen. Metoden tillader også belægning og udskrivning af forskellige bløde materialer i forskellige sekvenser. I alle tilfælde, hydrogel og elastomer skabte en stærk, langvarig kemisk binding.

"Fremstilling af bløde enheder involverer flere måder at integrere hydrogeler og elastomerer på, herunder direkte vedhæftning, støbning, belægning, og tryk, "sagde Canhui Yang, en postdoktor ved SEAS og medforfatter af papiret. "Mens hver nuværende metode kun muliggør to eller tre fremstillingsmetoder, vores nye teknik er alsidig og muliggør alle de forskellige måder at integrere materialer på. "

Forskerne demonstrerede også, at hydrogeler - som som navnet antyder for det meste er vand - kan gøres varmebestandige ved høje temperaturer ved hjælp af en bunden belægning, udvidelse af temperaturområdet, som hydrogelbaseret enhed kan bruges. For eksempel, en hydrogelbaseret bærbar enhed kan nu stryges uden kogning.

"Flere nylige fund har vist, at hydrogeler kan aktivere elektriske apparater langt ud over tidligere forestillede, "sagde Zhigang Suo, Allen E. og Marilyn M. Puckett Professor i mekanik og materialer ved SEAS og seniorforfatter af papiret. "Disse enheder efterligner muskelens funktioner, hud, og axon. Ligesom integrerede kredsløb i mikroelektronik, disse enheder fungerer ved at integrere forskellige materialer. Dette arbejde muliggør en stærk vedhæftning mellem bløde materialer i forskellige fremstillingsprocesser. Det kan tænkes, at integrerede bløde materialer vil muliggøre spandex-lignende touchpads og displays, som man kan bære, vask, og jern. "