Ученые изготовили гибкую электрическую цепь, которая при разрезании на две части может самовосстанавливаться, при этом полностью восстанавливается значение её первоначальной электропроводности. Схема выполнена из нового геля, который обладает неожиданной комбинацией свойств: высокой электропроводностью, гибкостью и способностью к самовосстановлению при комнатной температуре. Потенциальное применение этого геля – гибкая электроника, робототехника, искусственная кожа, накопители энергии.

Ученые из Университета штата Техас в Остине опубликовали статью о новом самовосстанавливающемся геле в недавнем выпуске Nano Letters.

Свойства нового геля обусловлены гибридной композицией двух гелей: супрамолекулярного геля, или “supergel”, который вводится в матрицу из проводящего полимерного гидрогеля. Как объясняют исследователи, эта стратегия позволяет объединить химические и физические особенности каждого компонента.

Supergel обеспечивает способность самовосстановления из-за своей супрамолекулярной химической структуры. Супрамолекулярная структура состоит из больших молекулярных элементов, а не отдельных молекул. Из-за своих больших размеров и структуры, в такой сборке гораздо более слабые связи, чем в нормальных молекулах, и эти взаимодействия также могут быть обратимыми. Как раз эта обратимость и придает supergel способность действовать как «динамический клей» и самовосстанавливаться.

Между тем, матрица – проводящий полимер гидрогель также вносит вклад в электропроводность благодаря своей наноструктурной объемной структуре, которая способствует движению электронов. Этот компонент также усиливает прочность и эластичность материала в целом.

В своих экспериментах исследователи наносили тонкие пленки гибридного геля на гибкие пластиковые подложки, а затем проверяли их электрические свойства. Испытания показали, что величина электропроводности одна из наивысших среди проводящих гелей и остается на уровне даже после многократного изгиба и растяжения. Исследователи также показали, что, когда электрическая цепь изготовленная ​​из гибридного геля, разрывается, то самовосстановление занимает около одной минуты и цепь восстанавливает свою первоначальную электропроводность. Гель самовосстанавливается даже после разрезания несколько раз на одном и том же месте.

Ученые считают, что проводящий самовосстановливающийся материал имеет множество потенциальных применений.

Проводящий самовосстановливающийся гель может быть применен во многих технических областях, начиная от гибкой электроники, искусственной кожи, устройств хранения и преобразования энергии, в биомедицинских устройствах. Например, в энергетических устройствах гель может функционировать в качестве связующего материала для усовершенствованных электродов литий-ионных аккумуляторов, в которых электроды могут испытывать существенные изменения объема.

(а) После разрезания пополам проводящий supergel самостоятельно заживает.

(b) supergel самостоятельно лечит трещины, вызванные изгибом.
(с) самовосстановление электрической цепи со светодиодом после изгиба, разрезания и сгибания.

Credit: Shi, et al. ©2015 American Chemical Society