研究人员开发出受撞击后会硬化的非牛顿流体[弹力导电材料

2024年03月23日 01:38 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

加州大学默塞德分校的研究人员开发出一种柔性导电材料,有朝一日可提高智能手表等可穿戴设备的耐用性。这种新型材料具有自适应耐久性,即在拉伸或撞击时会变得更加坚固。奇怪的是,这种材料的灵感来自厨房。

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该项目的主要研究人员王跃(Jessica)指出,当玉米淀粉和水慢慢搅拌在一起时,搅拌勺很容易在混合物中移动。当你移开勺子并试图用力将其重新插入时,却会得到不同的结果,这就是非牛顿流体的特性。王说:"这就像在一个坚硬的表面上捅了一刀,勺子再也进不去了。"

团队的目标是在固体导电材料中模拟这种奇特的性质。为了实现目标,研究小组必须确定共轭聚合物的正确组合,共轭聚合物是一种长条状导电分子,形状就像一串串意大利面条,大多数柔性聚合物在受到反复、快速或剧烈冲击时会断裂。

研究人员首先使用由四种聚合物组成的水溶液:意大利面条状的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)、较短的聚苯胺分子和称为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的导电组合。

他们调整了配方以提高导电性和自适应耐久性。例如,在混合物中增加 10% 的 PEDOT:PSS 可提高导电性和自适应耐久性。

研究小组还尝试在混合物中添加小分子,注意每种添加剂如何改变聚合物的特性。最终,带正电荷的纳米粒子添加剂最能改善适应性功能。

实验室的博士后研究员吴迪说:"在我们的材料中加入带正电荷的分子,使其在更高的拉伸速率下更加坚固。"

实际应用可能包括用于智能手表的集成表带和背面传感器,可以轻松承受人类手腕上日常生活的恶劣环境。这种柔性材料还可以应用于医疗领域,也许可以集成到心血管传感器或血糖监测仪等可穿戴设备中。

吴和团队甚至改良了适合 3D 打印的早期材料版本,并制作了一只人手的复制品,以展示其作为假肢使用的潜力。

王说:"它有许多潜在的应用领域,我们很高兴看到这一全新的、非传统的特性将把我们带向何方。"

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