Τα ηλεκτρονικά wearables και οι αισθητήρες θα μπορούσαν μια μέρα να κατασκευαστούν από ένα υλικό που σκληραίνει καθώς χτυπιέται ή τεντώνεται, χάρη στη νέα έρευνα που πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Merced.
Το νέο υλικό εμπνεύστηκε στην πραγματικότητα από το άμυλο καλαμποκιού που χρησιμοποιείται στη μαγειρική, το οποίο μπορεί να ανακατευτεί όταν προστεθεί νερό. Σε αντίθεση με την υγρή άμμο, η οποία έχει σταθερό ιξώδες είτε αναμειγνύεται είτε τρυπιέται, ο πολτός αμύλου αραβοσίτου δρα σαν υγρό όταν αναδεύεται απαλά και σαν στερεό όταν τρυπιέται γρήγορα, αναφέρει το Science Alert.
Όταν στριμώχνετε αργά το άμυλο καλαμποκιού, τα μικροσκοπικά σωματίδια απωθούν το ένα το άλλο, κάνοντάς τα να λειτουργούν σαν υγρό. Αλλά αν χτυπήσετε γρήγορα την επιφάνεια, αγγίζουν, προκαλώντας τριβή και λειτουργούν σαν στερεό. Αυτή η διαφορά στη συμπεριφορά οφείλεται στο μέγεθος των σωματιδίων.
Οι ερευνητές ήθελαν να δουν αν μπορούσαν να λάβουν τα ίδια αποτελέσματα από ένα πολυμερές υλικό.
Για να το πετύχει αυτό, η ομάδα ξεκίνησε με συζευγμένα πολυμερή: πολυμερή με ειδικές ιδιότητες που βοηθούν τα υλικά να μεταφέρουν ηλεκτρισμό ενώ παραμένουν σχετικά μαλακά και εύκαμπτα. Αυτά τα υλικά μπορούν να κατασκευαστούν από κάθε είδους συνδυασμούς μορίων.
Σε αυτή την περίπτωση, ενσωμάτωσαν μακριά μόρια πολυ(2-ακρυλαμιδο-2-μεθυλπροπανοσουλφονικού οξέος), βραχέα μόρια πολυανιλίνης και έναν εξαιρετικά αποδοτικό αγωγό - πολυ(3,4-αιθυλενοδιοξυθειοφαίνιο) σουλφονικό πολυστυρένιο (PEDOT:PSS). Μην ανησυχείτε αν αυτά τα ονόματα δεν είναι γνωστά - το μόνο που πραγματικά χρειάζεται να γνωρίζετε είναι ότι ο συνδυασμός δημιούργησε ένα φιλμ που παραμορφώθηκε ή τεντώθηκε όταν χτυπήθηκε από γρήγορες κρούσεις.
Όσο πιο γρήγορα ήταν τα χτυπήματα, τόσο πιο σκληρό γινόταν το υλικό.
Προσθέτοντας 10% περισσότερο PEDOT:PSS στη συνέχεια βελτίωσε τόσο την προσαρμοστική ανθεκτικότητα όσο και την αγωγιμότητα του υλικού.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η επιλογή τους ανάμεσα σε δύο θετικά φορτισμένα και δύο αρνητικά φορτισμένα πολυμερή δημιουργεί ένα υλικό με πολύ μικρές δομές όπως μικροσκοπικά κεφτεδάκια, σε ένα μπερδεμένο μπολ με μακαρόνια. Αυτά τα «κεφτεδάκια» απορροφούν τον κραδασμό των κρούσεων, χωρίς να σπάνε εντελώς - διατηρώντας το υλικό και την αγωγιμότητά του στη θέση τους.
Περαιτέρω πειράματα υποδεικνύουν ότι η προσθήκη θετικά φορτισμένων νανοσωματιδίων 1,3-προπανοδιαμίνης βελτιώνει ακόμη περισσότερο την σκληρότητα, αποδυναμώνοντας ελαφρώς τους «κεφτέδες» (έτσι το υλικό μπορεί να χτυπήσει μεγαλύτερα) ενώ ενισχύει τις «χορδές σπαγγέτι» γύρω τους (διατηρώντας την ακεραιότητα του υλικό).
Όλα αυτά είναι αρκετά περίπλοκα και τεχνικά, αλλά θα πρέπει να υπάρχουν εφαρμογές για το υλικό εκτός εργαστηρίου, εάν μπορεί να κατασκευαστεί σε κλίμακα. Ζώνες έξυπνων ρολογιών, φορητοί αισθητήρες και οθόνες υγείας - για την καρδιαγγειακή υγεία ή τα επίπεδα γλυκόζης , για παράδειγμα - είναι όλα παραδείγματα που προτάθηκαν από την ερευνητική ομάδα.
Τα εξατομικευμένα ηλεκτρονικά προσθετικά είναι μια άλλη πιθανή περίπτωση χρήσης και κάτι με το οποίο οι ερευνητές έχουν ήδη πειραματιστεί. Τελικά, τα τεχνητά μέλη θα μπορούσαν να εκτυπωθούν τρισδιάστατα από αυτό το ευέλικτο υλικό.
Είναι άλλη μια υπενθύμιση της δυνατότητας ανακάλυψης νέων υλικών και βελτίωσης των υπαρχόντων υλικών και του τρόπου με τον οποίο μπορεί να αλλάξουν το μέλλον μας - από τις συσκευές που χρησιμοποιούμε μέχρι τα ρούχα που φοράμε .
«Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές και είμαστε ενθουσιασμένοι που βλέπουμε πού θα μας οδηγήσει αυτή η νέα, αντισυμβατική ιδιότητα», λέει ο επιστήμονας υλικών Yue Wang.
Η έρευνα παρουσιάστηκε στην Άνοιξη του 2024 συνάντηση της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας.