Ученые из Калифорнийского университета в Мерседе разработали новый материал, который увеличивает свою прочность при растяжении или ударах. Это открытие может привести к созданию электронных носимых устройств и датчиков нового поколения.

Исследователи вдохновились кукурузным крахмалом, который при добавлении воды можно перемешивать. В отличие от мокрого песка, который сохраняет одинаковую вязкость независимо от того, перемешивается он или нет, крахмальная смесь ведет себя как жидкость при медленном перемешивании и как твердое тело - при быстром ударе. Это свойство объясняется размером частиц: при медленном сжатии частицы отталкиваются друг от друга, ведя себя как жидкость, а при быстром ударе они соприкасаются, вызывая трение и ведут себя как твердое тело.

Для достижения подобного эффекта команда использовала конъюгированные полимеры, которые помогают материалам проводить электричество, оставаясь при этом мягкими и гибкими. В их состав вошли длинные молекулы поли(2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты), короткие молекулы полианилина и высокоэффективный проводник – поли(3,4-этилендиокситиофен) полистиролсульфонат (PEDOT:PSS). Эта комбинация создала пленку, которая деформировалась или растягивалась при быстрых ударах. Чем быстрее были удары, тем прочнее становился материал.

Добавление 10 процентов PEDOT:PSS улучшило как адаптивную прочность, так и проводимость материала. По словам исследователей, выбор двух положительно заряженных и двух отрицательно заряженных полимеров создает материал с очень маленькими структурами, напоминающими миниатюрные фрикадельки в запутанной миске спагетти. Эти “фрикадельки” поглощают удары, не разрушаясь полностью, что позволяет сохранять материал и его проводимость.

Дальнейшие эксперименты показали, что добавление положительно заряженных наночастиц 1,3-пропандиамина улучшает прочность еще больше, слегка ослабляя “фрикадельки” (чтобы материал мог выдерживать более сильные удары), в то время как укрепляет “спагетти” вокруг них (поддерживая целостность материала).

Это открытие является сложным и техническим, но может найти применение вне лаборатории, если его можно будет производить в больших масштабах. Ремешки для умных часов, носимые датчики и мониторы здоровья (например, для контроля сердечно-сосудистого здоровья или уровня глюкозы) – это лишь некоторые примеры, предложенные исследовательской группой.

Источник: Science Alert