Materiale elettricamente conduttivo e autorigenerante

Un gruppo di scienziati dell'Università del Texas ad Austin, negli Stati Uniti, sotto la guida di Yu Guihua, ha creato un circuito elettrico flessibile basato su un gel speciale che, se tagliato in due, è completamente autorigenerante e riprende la sua conduttività elettrica originale.

Il nuovo gel ha una combinazione di proprietà che non erano state precedentemente incontrate insieme, è flessibilità, elevata conducibilità elettrica e capacità di autoripararsi a temperatura ambiente. Questa soluzione apre una vasta gamma di possibili applicazioni: elettronica flessibile, robotica, batterie elettriche e persino pelle artificiale morbida e protesi biomimetiche.

La proprietà del nuovo gel è fornita da due componenti gelatinosi della sua sostanza: un gel supramolecolare (o "supergel") e una matrice di un idrogel polimerico conduttivo in cui viene introdotto il gel supramolecolare. Quindi le caratteristiche fisiche e chimiche di ciascun componente sono combinate.

Il supergel introdotto offre la capacità di autorigenerarsi, grazie alla sua struttura chimica supramolecolare, la cui peculiarità è che gli elementi costitutivi della struttura non sono molecole individuali, ma grandi composti molecolari.

Queste grandi sottostrutture sono tenute insieme da forze molto più piccole delle singole molecole, quindi le loro interazioni, come la separazione, sono facilmente reversibili. Si scopre "colla dinamica", in grado di riunirsi durante la separazione.

Nel frattempo, l'idrogel conduttivo, grazie alla sua struttura tridimensionale, fornisce conducibilità. La struttura tridimensionale facilita il trasporto di elettroni. Inoltre, l'idrogel, come la colonna vertebrale, migliora la forza e l'elasticità del gel composito. Quando un supergel viene introdotto nella matrice dell'idrogel, scorre attorno all'idrogel in modo tale da formare una seconda rete, migliorando ulteriormente l'integrità del gel ibrido.

Gli scienziati hanno condotto i loro esperimenti sul controllo delle proprietà elettriche su film sottili di un gel ibrido depositato su substrati di plastica flessibile. Gli studi hanno dimostrato che la conducibilità del nuovo gel è una delle più elevate tra i gel conduttivi e rimane tale a causa della capacità del gel di autoripararsi anche dopo ripetute flessioni e stiramenti.

Gli scienziati hanno dimostrato che se un circuito elettrico fatto di un gel ibrido viene tagliato, in un minuto si riprenderà da solo e la conduttività elettrica sarà la stessa di prima del taglio. Questo succede anche dopo ripetuti tagli nello stesso posto.

Secondo i ricercatori, il gel ibrido che hanno inventato troverà molte applicazioni, fino ai biosensori impiantabili, in cui gli elettrodi autorigeneranti sono semplicemente necessari per garantire la durata del dispositivo. Il gel può essere facilmente utilizzato per rafforzare gli elettrodi. batterie agli ioni di litio alta capacità.

Gli sviluppatori del nuovo gel conduttivo sono fiduciosi che il loro approccio alla combinazione di chimica supramolecolare con nanoscienza polimerica crea una strategia per lo sviluppo di nuovi materiali autorigeneranti. Hanno in programma di ricercare i meccanismi fondamentali dell'autoguarigione per comprendere meglio i fattori chiave riguardanti gli ioni di vari metalli, la geometria delle molecole, l'interazione delle supramolecole con vari solventi e come ciò influisce sulle caratteristiche dell'autoguarigione. Ciò contribuirà al miglioramento dei materiali di nuova concezione.

Il capo del gruppo, Yu.Guihua, ha osservato che saranno dedicati sforzi speciali allo sviluppo di strategie su larga scala per la produzione di gel conduttivi autorigeneranti con proprietà migliori, come resistenza meccanica ed elasticità, in modo che l'uso di gel conduttivi autorigeneranti diventi potenzialmente possibile in molte diverse aree tecnologiche, tra cui elettronica, energia, sicurezza ambiente e salute.

Comments

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Il guscio autorigenerante dei veicoli spaziali sta diventando una realtà vicina. I primi "marziani" terrestri, ovviamente, voleranno su tale nave.