Nye silkematerialer kan rynkes til detaljerede mønstre, derefter rynke for at blive genoptrykt

Forskere ved Tufts University School of Engineering har udviklet silkematerialer, der kan rynke til meget detaljerede mønstre - inklusive ord, teksturer og billeder lige så indviklede som en QR -kode eller et fingeraftryk. Mønstrene tager cirka et sekund at danne, er stabile, men kan slettes ved at oversvømme silkeoverfladen med damp, giver forskerne mulighed for at "vende" udskrivningen og starte forfra. I en artikel offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences , forskerne viser eksempler på silke rynkemønstre, og forestille sig en lang række potentielle applikationer til optiske elektroniske enheder.

Det smarte tekstil udnytter den naturlige evne af silkefiberproteiner - fibroin - til at gennemgå en ændring af konformation som reaktion på ydre forhold, herunder eksponering for vanddamp, methanoldamp og UV-stråling. Vand og methanoldamp, for eksempel, kan suge ind i fibrene og forstyrre hydrogenbindings tværbindinger i silkefibroinen, hvilket får det til delvist at 'trævle op' og frigøre spændinger i fiberen. Ved at drage fordel af denne ejendom, forskerne fremstillede en silkeoverflade af opløst fibroin ved at deponere det på en tynd plastmembran (PDMS). Efter en cyklus med opvarmning og afkøling, silkeoverfladen af ​​silke/PDMS -dobbeltlaget folder sig til nanoteksturerede rynker på grund af lagens forskellige mekaniske egenskaber.

Ved at udsætte enhver del af den rynkede overflade for vand eller methanoldamp får fibrene til at slappe af og rynkerne flade. Den glatte overflade transmitterer mere end 80% af lyset, mens den rynkede overflade kun tillader 20% eller mindre igennem, skabe en synlig kontrast og opfattelsen af ​​et trykt mønster. Overfladen kan selektivt udsættes for damp ved hjælp af en mønstret maske, resulterer i et matchet mønster i den teksturerede silke. Mønstre kan også skabes ved at afsætte vand ved hjælp af inkjet-print. Opløsningen af ​​denne udskrivningsmetode bestemmes af opløsningen af ​​selve masken, eller dysediameteren på inkjetprinteren.

Alternativt kan brug af UV skaber en virtuel maske, da UV-eksponerede dele af silkeoverfladen bliver mindre permeable for vand eller methanol og forbliver rynket, når de behandles med damp, mens de dele, der ikke udsættes for UV, absorberer dampen og flader ud. Det trykte mønster afspejler mønsteret af UV-lys udsat for silkeoverfladen.

Efter at have slettet et mønster med damp, den teksturerede silke kan regenereres med en cyklus med opvarmning og afkøling. Forfatterne demonstrerede evnen til at udskrive mønstre over mindst 50 cyklusser, uden nogen formindskelse i kontrast eller opløsning.

"Vi kan udskrive mønstre med bemærkelsesværdig høj opløsning i silken - og vi viste endda, at vi kan opfange fugtmønsteret, der efterlades af et fingeraftryk, " sagde Yu Wang, post-doc stipendiat ved Tufts University School of Engineering, og første forfatter til undersøgelsen. "Men ud over det nye med reversibel udskrivning, der er mange andre funktionelle applikationer, som silkemønsterteknologien kan levere. "

Listen over potentielle applikationer, som Wang peger på, omfatter materialer med justerbare optiske egenskaber, hvoraf nogle kan indebære brug af dopemidler, der gør det muligt for det mønstrede stof at absorbere eller udsende forskellige bølgelængder af lys og energi, eller kun vise mønstre fra bestemte vinkler; og materialer, der modulerer deres termiske egenskaber, ændre mængden af ​​varme, de slipper igennem. På grund af silkefibrenes biokompatibilitet, mikropatronmaterialet kunne bruges i forskellige biomedicinske applikationer.

Undersøgelsen viste også, hvordan mønstrene kunne slås til og fra efter behag ved at forbinde dobbeltlaget til et lille elektrisk varmeelement, overgang af silken mellem rynket og rynkefri tilstand.

"På grund af dens alsidighed, og nem fremstilling, Jeg tror, ​​der kan være mange fremtidige ansøgninger, som vi og andre vil komme med, som vi ikke engang har forestillet os endnu, " sagde Fiorenzo Omenetto, tilsvarende forfatter og Frank C. Doble professor i teknik ved Tufts 'School of Engineering.