Благодарение на нови изследвания, проведени от екип от Калифорнийския университет в Мерсед, един ден електронните устройства за носене и сензорите ще могат да се изработват от материал, който се втвърдява при удар или разтягане.

Тази "адаптивна издръжливост", както е известна, е важна характеристика от гледна точка на науката за материалите. Тя означава защита от повреди и устойчивост на натоварване дори в тежки условия.

Новият материал всъщност е вдъхновен от царевичното нишесте, използвано в готварството, което може да се разбърква, когато се добави вода. За разлика от мокрия пясък, който има постоянен вискозитет, независимо дали се разбърква или пробива, суспензията от царевично нишесте действа като течност при леко разбъркване и като твърдо вещество при бързо пробиване.

Когато мачкате бавно царевично нишесте, малките частици се отблъскват взаимно, което ги кара да действат като течност. Но ако ударите повърхността бързо, те се докосват, предизвикват триене и действат като твърдо тяло. Тази разлика в поведението се дължи на размера на частиците.

Изследователите искат да проверят дали могат да получат същите резултати от полимерен материал.

За да постигне това, екипът започва с конюгирани полимери: полимери със специални свойства, които помагат на материалите да провеждат електричество, като същевременно остават сравнително меки и еластични. Тези материали могат да бъдат направени от всякакви комбинации от молекули.

В този случай те включват дълги молекули поли(2-акриламидо-2-метилпропанесулфонова киселина), къси молекули полианилин и високоефективен проводник - поли(3.4-етилендиокситиофен) полистирен сулфонат (PEDOT:PSS). Не се притеснявайте, ако тези имена не са ви познати - всичко, което наистина трябва да знаете, е, че комбинацията създава филм, който се деформира или разтяга, когато е подложен на бързи удари.

Колкото по-бързи са ударите, толкова по-твърд става материалът. След това добавянето на 10% повече PEDOT:PSS подобри както адаптивната издръжливост, така и проводимостта на материала.

Според изследователите изборът им на два положително заредени и два отрицателно заредени полимера създава материал със свръхмалки структури като миниатюрни кюфтета, в заплетена купа спагети. Тези "кюфтета" абсорбират шока от ударите, без да се разпадат напълно - запазвайки материала и неговата проводимост на място.

По-нататъшните експерименти показват, че добавянето на положително заредени наночастици от 1.3-пропандиамин подобрява още повече здравината, като леко отслабва "кюфтетата" (така че материалът да може да понесе по-големи удари), докато укрепва "нишките от спагети" около тях (запазвайки целостта на материала).

Всичко това е доста сложно и техническо, но ако материалът може да се произвежда в голям мащаб, би трябвало да има приложения и извън лабораторията. Изследователският екип предлага примери за ленти за смарт часовници, сензори за носене и здравни монитори - например за сърдечносъдово здраве или за нивото на глюкозата. Персонализираните електронни протези са друг потенциален случай на употреба и нещо, с което изследователите вече са експериментирали. В крайна сметка от този универсален материал може да се принтират 3D изкуствени крайници.

Снимка: Unsplash/Yue Wang

Виж още: Любимият ни John - JCW и новият облик на Mini Countryman