Acest material electronic elastic se întărește la impact la fel ca un „oobleck”

Oamenii de știință sunt dornici să dezvolte noi materiale pentru electronice purtabile ușoare, flexibile și accesibile, astfel încât într-o zi scăparea smartphone-urilor noastre să nu provoace daune ireparabile. O echipă de la Universitatea din California, Merced, a creat folii polimerice conductoare care devin de fapt mai rigide ca răspuns la impact, mai degrabă decât dezintegrarea, la fel cum amestecarea amidonului de porumb și a apei în cantitățile potrivite produce o suspensie care este lichidă când este amestecată încet, dar se întărește când este perforată. (adică „oobleck”). Ei și-au descris activitatea într-o discuție la reuniunea de săptămâna aceasta a Societății Americane de Chimie din New Orleans.

După cum am menționat mai devreme, a face oobleck este simplă și ușoară. Amestecă o parte apă cu două părți amidon de porumb, adaugă puțin colorant alimentar pentru distracție și ai Oobleck, care se comportă fie ca lichid, fie ca solid, în funcție de cantitatea de presiune aplicată. Se amestecă încet și constant cât timp este lichid. Loviți-l puternic și va deveni mai solid sub pumnul dvs. Este un exemplu clasic de fluide non-newtoniene.

în Lichid perfectVâscozitatea depinde în mare măsură de temperatură și presiune: apa va continua să curgă indiferent de alte forțe care acționează asupra ei, cum ar fi agitarea sau amestecarea. În fluidele non-newtoniene, vâscozitatea se modifică ca răspuns la o presiune aplicată sau la o forță de forfecare, depășind astfel granițele dintre comportamentul fluidului și al solidului. Mișcarea unui pahar de apă produce o forță de forfecare, iar foarfecele de apă se îndepărtează. Vâscozitatea rămâne neschimbată. Dar pentru fluidele non-newtoniene, cum ar fi opace, vâscozitatea se modifică atunci când se aplică forța de forfecare.

Ketchup-ul, de exemplu, este un fluid non-newtonian cu grosime de forfecare, care este unul dintre motivele pentru care lovirea fundului sticlei nu face ca ketchup-ul să iasă mai repede; Aplicarea forței crește vâscozitatea. Iaurtul, bulionul, suspensia și budinca sunt alte exemple. La fel și Oobleck. (Numele provine din cartea pentru copii a Dr. Seuss din 1949, Bartolomeu și Oobleck.) În schimb, vopseaua care nu se scurge prezintă un efect de „subțiere prin forfecare”, poate fi îndepărtată cu ușurință, dar devine mai vâscoasă odată aplicată pe perete. Anul trecut, oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts A confirmat asta Frecarea dintre particule a fost crucială în tranziția de la lichid la solid, determinând punctul de cotitură atunci când frecarea atinge un anumit nivel și vâscozitatea crește brusc.

Wu lucrează în laboratorul de cercetător al materialelor Yu (Jessica) Wang, care a decis să încerce să imite comportamentul de îngroșare prin forfecare al oobleck într-un material polimeric. Electronica polimerică flexibilă este de obicei realizată prin legarea polimerilor conductivi conjugați, care sunt lungi și subțiri, precum spaghetele. Dar aceste materiale se vor descompune în continuare ca răspuns la impacturi deosebit de mari și/sau rapide.

Așa că Wu și Wang au decis să combine polimerii asemănător spaghetelor cu molecule de polianilină mai scurte și sulfonat de polistiren (3,4-etilendioxitiofen) sau PEDOT:PSS, patru polimeri diferiți în total. Două dintre cele patru au o sarcină pozitivă, iar două au o sarcină negativă. Au folosit acest amestec pentru a face filme extensibile și apoi au testat proprietățile mecanice.

Filmele se comportă mult ca oobleck, deformându-se și întinzându-se ca răspuns la impact, mai degrabă decât dezintegrandu-se. Wang a asemănat structura cu un castron mare de spaghete și chifteluțe, deoarece moleculelor încărcate pozitiv nu le place apa și, astfel, se adună în structuri microscopice, asemănătoare mingii. Ea și Wu sugerează că aceste microstructuri absorb energia coliziunii și se aplatizează fără a se dezintegra. Nu este nevoie de mult PEDOT:PSS pentru a obține acest efect: doar 10 la sută a fost suficient.

Experimente suplimentare au identificat un aditiv mai eficient: nanoparticule de 1,3-propandiamină încărcate pozitiv. Aceste particule pot slăbi interacțiunile polimerului „chiftelă” suficient de mult încât să se poată deforma și mai mult ca răspuns la impacturi, întărind în același timp interacțiunile dintre polimerii lungi, reticulați, asemănător spaghetelor.

Următorul pas este aplicarea filmelor lor polimerice pe dispozitivele electronice portabile, cum ar fi curelele și senzorii de ceasuri inteligente, precum și electronicele flexibile pentru monitorizarea sănătății. Laboratorul lui Wang a experimentat și o nouă versiune a materialului care ar fi compatibilă cu imprimarea 3D, deschizând mai multe oportunități. „Există o serie de aplicații potențiale și suntem încântați să vedem unde ne duce această nouă proprietate neconvențională.” spuse Wang.