At ramme dette elastiske, elektroniske materiale gør det hårdere

Ulykker sker hver dag, og taber du dit smartwatch, eller det bliver ramt rigtig hårdt, virker enheden sandsynligvis ikke længere. Men nu rapporterer forskere om et blødt, fleksibelt materiale med "adaptiv holdbarhed", hvilket betyder, at det bliver stærkere, når det slås eller strækkes. Materialet leder også elektricitet, hvilket gør det ideelt til næste generation af wearables eller personlige medicinske sensorer.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på forårsmødet i American Chemical Society (ACS).

Inspirationen til det nye materiale kom fra en blanding, der almindeligvis bruges i madlavning - en majsstivelsesopslæmning.

"Når jeg rører majsstivelse og vand langsomt, bevæger skeen sig let," forklarer Yue (Jessica) Wang, en materialeforsker og projektets hovedefterforsker. "Men hvis jeg løfter skeen ud og derefter stikker blandingen, går skeen ikke ind igen. Det er som at stikke en hård overflade." Denne gylle, som hjælper med at tykne gryderetter og saucer, har adaptiv holdbarhed, der skifter fra formbar til stærk, afhængigt af den påførte kraft. Wangs team satte sig for at efterligne denne egenskab i et solidt ledende materiale.

Mange materialer, såsom metaller, der leder elektricitet, er hårde, stive eller sprøde. Men forskere har udviklet måder at lave bløde og bøjelige versioner ved hjælp af konjugerede polymerer - lange, spaghetti-lignende molekyler, der er ledende. Alligevel går de fleste fleksible polymerer i stykker, hvis de udsættes for gentagne, hurtige eller store stød. Så Wangs team ved University of California, Merced, satte sig for at vælge den rigtige kombination af konjugerede polymerer for at skabe et holdbart materiale, der ville efterligne majsstivelsespartiklernes adaptive adfærd i vand.

I første omgang lavede forskerne en vandig opløsning af fire polymerer:lang, spaghetti-lignende poly(2-acrylamido-2-methylpropansulfonsyre), kortere polyanilinmolekyler og en stærkt ledende kombination kendt som poly(3,4-ethylendioxythiophen) polystyrensulfonat ( PEDOT:PSS). Efter at have spredt et tyndt lag af blandingen og tørret det til en film, testede teamet det elastiske materiales mekaniske egenskaber.

De fandt ud af, at det i stedet for at bryde fra meget hurtige stød, deformerede eller strakte sig ud. Jo hurtigere stød, jo mere strækbar og sej blev filmen. Og overraskende nok forbedrede blot 10 % tilsætning af PEDOT:PSS både materialets ledningsevne og adaptive holdbarhed. Wang bemærker, at dette resultat var uventet, fordi PEDOT og PSS i sig selv ikke bliver hårdere med hurtige eller høje påvirkninger.