Ученые научились создавать из полимеров проводящие структуры, которые не теряют электропроводность даже при растяжении на 2 тысячи процентов. Таких результатов удалось добиться с помощью надрезов в изначальном листе, сделанных по японской технике киригами, пишут исследователи в журнале Advanced Materials.

Инженеры, разрабатывающие носимые устройства, предлагают использовать в них растягиваемые материалы, которые способны выдерживать постоянные нагрузки. Но проводящие материалы обычно при растяжении сильно теряют в электропроводности. Однако можно попробовать создать проводящие конструкции, эластичность будет обусловлена не свойствами материала, а ее структурой. Для этого часто используют японскую технику киригами, при которой объемные конструкции создаются с помощью надрезов в плоских листах.

Ying-Shi Guan et al. / Advanced Materials, 2018

Исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало под руководством Шэньцян Жэнь (Shenqiang Ren) использовали эту технику для создания проводящих полимерных листов. Для этого они использовали композит из двух полимеров, каждый из которых выполняет свою функцию: в прочной полимерной матрице равномерно распределены нановолокна из проводящего полимера.

Структура материала. Ying-Shi Guan et al. / Advanced Materials, 2018

Раствор этих полимеров в толуоле наносится на поверхность воды в сосуде и за счет эффекта Марангони полимеры распределяются по всей поверхности воды. После этого органический растворитель испаряется и на поверхности воды остается полимерная пленка толщиной в несколько десятков нанометров и шириной несколько сантиметров. Эту пленку можно использовать в исходном виде или закреплять на других материалах, к примеру, бумаге или другой полимерной пленке.

Светодиод продолжает гореть даже при сильном растяжении или скручивании проводящей полоски. Ying-Shi Guan et al. / Advanced Materials, 2018

Авторы статьи нанесли проводящий композит на полиэтилентерефталатную пленку и сделали на ней разрезы в стиле киригами. После этого они протестировали ее механические свойства. Выяснилось, что она может без разрушения растягиваться на 3 тысячи процентов, правда, при этом электропроводность падает на 35 процентов. Если же растягивать пленку на 2 тысячи процентов, то проводимость не меняется. Небольшое падение электрических свойств ученые заметили только после тысячи таких растяжений.

Недавно японские ученые использовали киригами для создания эластичных биосенсоров, но сопротивление их материала заметно вырастает уже при растяжении на 600–700 процентов. Исследователи предложили использовать это свойство для создания чувствительных датчиков растяжения.

Автор: Григорий Копиев