Створено чутливий матеріал, що самовідновлюється

Новий матеріал може бути використаний у протезуванні, а також у створенні електронних пристроїв.

Вчені вже багато років намагаються створити матеріал, який би імітував людську шкіру, мав такі ж характеристики та виконував подібні функції. Основні якості шкіри, які вчені намагаються відтворити, – це чутливість та здатність до загоєння. Завдяки цим властивостям людська шкіра надсилає сигнали до мозку про температуру та тиск і служить захисним бар'єром від подразників навколишнього середовища.

Завдяки кропіткій праці команда професора хімічної інженерії Стенфордського університету Чженань Бао вперше досягла успіху у створенні матеріалу, який поєднує ці дві якості.

За останні десять років було створено багато зразків «штучної шкіри», але навіть найдосконаліші з них мали дуже серйозні недоліки. Деякі з них потребують високих температур для «загоєння», що робить їх використання в повсякденних побутових умовах неможливим. Інші відновлюються за кімнатної температури, але під час реставрації змінюється їхня механічна або хімічна структура, що робить їх, фактично, одноразовими. Але найголовніше, жоден з цих матеріалів не був добрим провідником електрики.

Чженань Бао та його колеги зробили важливий крок уперед у цьому напрямку та вперше поєднали самовідновлювальні властивості пластикового полімеру та електропровідність металу в одному матеріалі.

Вчені почали з пластику, що складався з довгих ланцюгів молекул, з'єднаних водневими зв'язками. Це досить слабкий зв'язок між позитивно зарядженою областю одного атома та негативно зарядженою областю наступного. Така структура дозволяла матеріалу ефективно самовідновлюватися після зовнішніх впливів. Молекули досить легко руйнуються, але потім знову з'єднуються у своїй первісній формі. Результатом став гнучкий матеріал, який вчені порівняли з ірискою, залишеною в холодильнику.

Вчені додали мікрочастинки нікелю до цього еластичного полімеру, що збільшило механічну міцність матеріалу. Крім того, ці частинки збільшили його електропровідність: струм легко проводиться від однієї мікрочастинки до іншої.

Результат виправдав усі очікування. «Більшість пластмас є хорошими ізоляторами, але ми отримали чудовий провідник», – підсумував Чженань Бао.

Потім вчені перевірили здатність матеріалу до відновлення. Вони розрізали невеликий шматочок матеріалу навпіл ножем. Легко притиснувши дві отримані частини разом, дослідники виявили, що матеріал відновив 75% своєї початкової міцності та електропровідності. Через півгодини матеріал повністю відновив свої початкові властивості.

«Навіть людській шкірі потрібно кілька днів, щоб загоїтися. Тож я думаю, що ми досягли досить гарного результату», – сказав колега Бао Бенджамін Чі Кіон Ті.

Новий матеріал також успішно пройшов наступне випробування – 50 циклів відновлення після різання.

Дослідники не збираються зупинятися на цьому. У майбутньому вони хочуть краще використовувати частинки нікелю в матеріалі, оскільки вони не тільки роблять його міцнішим та покращують його електропровідність, але й зменшують його здатність до самовідновлення. Використання менших металевих частинок може зробити матеріал ще ефективнішим.

Вимірюючи чутливість матеріалу, вчені виявили, що він може виявляти та реагувати на тиск із силою рукостискання. Саме тому Бао та його команда впевнені, що їхній винахід можна використовувати в протезах кінцівок. Крім того, вони планують зробити свій матеріал максимально тонким і прозорим, щоб його можна було використовувати для покриття електронних пристроїв та їх екранів.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]