Fremtiden for elektroniske enheder:Stærke og selvhelbredende iongeler

Forskere ved Yokohama National University og University of Tokyo i Japan har designet en iongel med fremragende sejhed og en evne til selvhelbredelse ved omgivelsestemperatur uden nogen ekstern trigger eller påviselig ændring i miljøet såsom lys eller temperatur. Denne nye klasse af materiale har et lovende potentiale til at bygge fleksible elektroniske enheder.

Iongeler har tiltrukket sig meget opmærksomhed på grund af deres unikke egenskaber, herunder lav tendens til at fordampe ved stuetemperatur, høj termisk stabilitet og høj ionisk ledningsevne. Forskerne demonstrerede en iongel, der hurtigt heler af sig selv uden ydre stimuli ved stuetemperatur. De demonstrerer også materialets fremragende sejhed som følge af flere hydrogenbindinger i materialet.

"Bærbare elektroniske enheder forventes at blive strakt og bøjet mange gange under daglig brug, " sagde Ryota Tamate, en tilsvarende forfatter og en JSPS postdoc-forsker ved Graduate School of Engineering, Yokohama National University. "Hvis iongelen, der bruges i den bærbare enhed, har en selvhelbredende egenskab, det kan reparere revner og skader under den gentagne strækning og bøjning, og forbedre enhedens holdbarhed."

Studiet, udgivet i Avancerede materialer i juli 2018, beskriver en specifik type polymergel, kaldet iongelen, der er fyldt med salte i flydende form, eller ioniske væsker. Denne iongel blev skabt ved at kombinere to materialer, eller "blokke" - den ene frastødes af ioniske væsker, mens den anden binder sig til brint. Sammen, de danner det, der kaldes en diblok-copolymer. Kombinationen af ​​de flydende salte og diblok-copolymermaterialet resulterede i en endelig micellær struktur, der er ansvarlig for alle materialets ønskede kvaliteter. Blokken, der frastødes af ioniske væsker, udgør kernen, mens ydersiden er sammensat af kæder, der interagerer med hinanden via flere hydrogenbindinger.

Undersøgelsen er den første demonstration af, at introduktionen af ​​hydrogenbinding i iongeler kan resultere i materialets styrke såvel som dets evne til at selvhelende ved stuetemperatur.

"Denne iongel's selvhelbredende proces kan fuldføres så hurtigt som inden for et par timer, " sagde Tamate.

"Hydrogenbinding er reversibel, og som et resultat, det er en lovende interaktion, der bidrager til et materiales evne til selvhelbredelse på grund af deres reversible natur. I dette studie, ved at indstille hydrogenbindingsstyrken af ​​polymerkæder i ioniske væsker, vi brugte hydrogenbinding som et reversibelt tværbindingspunkt for iongelen. Desuden, vi beviste, at den micellære struktur dannet af diblok-copolymermaterialet væsentligt forbedrede iongelens fysiske styrke og selvstående evne, " han tilføjede.

Mens flere typer hårde iongeler er blevet rapporteret indtil videre, forfatterne skriver, at det fortsat er en stor udfordring at opnå både selvhelbredende evne samt høj sejhed. De rapporterer også, at deres gel's mekaniske og elektrokemiske egenskaber lignede dem for en ellers uændret eller uændret iongel. Materialets selvstående evne, den kendsgerning, at den kan selvhelbredende ved stuetemperatur samt let behandles i opløsning, gør den til en lovende fast elektrolyt til fremtidige anvendelser inden for fleksibel elektronik - især til at skabe selvhelbredende elektronik.

Ifølge Tamate, "For enhedsapplikationer, holdbarheden af ​​iongelen under forskellige fysisk belastende forhold bør undersøges kvantitativt. Ud over, da den foreliggende diblok-copolymer har tendens til at absorbere fugt fra luften, vi vil gerne søge andre interaktioner mellem strukturer sammensat af flere molekyler, som er stabile i en åben atmosfære i lang tid. Ud over, da fysiske egenskaber ved ioniske væsker kan justeres bredt ved udvælgelse af kationer og anioner, kombinationen med forskellige ioniske væsker vil blive undersøgt."

Ultimativt, forfatterne vil gerne udvikle nye funktionelle iongeler, der kan bruges til at skabe nye enheder, der er fleksible og dermed bærbare.