研究人員開發出受撞擊後會硬化的非牛頓流體[彈性導電材料
加州大學默塞德分校的研究人員開發出一種柔性導電材料,有朝一日可提高智慧手錶等穿戴裝置的耐用性。這種新型材料具有自適應耐久性,即在拉伸或撞擊時會變得更加堅固。奇怪的是,這種材料的靈感來自廚房。
該計畫的主要研究人員王躍(Jessica)指出,當玉米澱粉和水慢慢攪拌在一起時,攪拌勺很容易在混合物中移動。當你移開湯匙並試圖用力將其重新插入時,卻會得到不同的結果,這就是非牛頓流體的特性。王說:” 這就像在一個堅硬的表面上捅了一刀,勺子再也進不去了。“
團隊的目標是在固體導電材料中模擬這種奇特的性質。為了實現目標,研究小組必須確定共軛聚合物的正確組合,共軛聚合物是一種長條狀導電分子,形狀就像一串串義大利麵條,大多數柔性聚合物在受到反覆、快速或劇烈衝擊時會斷裂。
研究人員首先使用由四種聚合物組成的水溶液:義大利麵狀的聚(2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸)、較短的聚苯胺分子和稱為聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)的導電組合。
他們調整了配方以提高導電性和自適應耐久性。例如,在混合物中增加10% 的PEDOT:PSS 可提高導電性和自適應耐久性。
研究團隊也嘗試在混合物中添加小分子,注意每種添加劑如何改變聚合物的特性。最終,帶正電荷的奈米粒子添加劑最能改善適應性功能。
實驗室的博士後研究員吳迪說:”在我們的材料中加入帶正電荷的分子,使其在更高的拉伸速率下更加堅固。”
實際應用可能包括用於智慧手錶的整合錶帶和背面感測器,可以輕鬆承受人類手腕上日常生活的惡劣環境。這種柔性材料還可以應用於醫療領域,也許可以整合到心血管感測器或血糖監測儀等穿戴式裝置。
吳和團隊甚至改良了適合3D 列印的早期材料版本,並製作了一隻人手的複製品,以展示其作為義肢使用的潛力。
王說:”它有許多潛在的應用領域,我們很高興看到這一全新的、非傳統的特性將把我們帶到何方。”