Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Пищевая добавка для супов помогла создать растягивающуюся электронику

Электропроводная «кожа» может использоваться для контроля биомаркеров

Bao Lab

Стэнфордские химики изобрели новый пластичный электропроводный материал, который растягивается как резина и хорошо проводит электричество по сравнению с другими эластичными проводниками. При этом материал сохраняет способность проводить электричество даже при растяжении материала в шесть раз от изначального размера. Описание работы опубликовано в журнале Science Advances.

Гибкие, растяжимые электропроводные материалы нужны во множестве медицинских приложений, например таких, как имплантируемые электроды для измерения активности мозга. В новой работе инженеры-химики показали, как можно превратить хрупкий пластик в гибкий резиноподобный материал с сохранением электропроводных свойств. В результате они получили мягкий, гибкий электропроводный полимер, который можно использовать в качестве искусственной кожи и имплантов благодаря его безопасности и биосовместимости.

В качестве основы для нового материала химики взяли пластик, который состоит из двух связанных полимеров — Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) с двумя важными свойствами: высокой электропроводностью и биосовместимостью. Проблема заключалась в хрупкости материала: он терял свои свойства даже при пятипроцентном растяжении. Исследователям нужно было найти правильную дополнительную молекулярную структуру, которая предотвратила бы кристаллизацию материала и увеличила его гибкость, сохранив при этом исходные электропроводные свойства. Выбирая добавки к исходному материалу ученые обратили внимание на ионные жидкости из-за большого количества коммерчески доступных образцов.


Ученые протестировали около двадцати различных составов и остановились на нескольких веществах, некоторые из которых используются в пищевой промышленности для придания густоты продуктам (в частности, супам): додецилбензолсульфоновая кислота и ее натриевая соль, а также диоктилсульфосукцинат натрия. Тем не менее, наилучшего результата ученым удалось добиться, используя бис(трифторметан)сульфонимид лития, который не является пищевой добавкой. Вышеуказанные соединения не только сделали материал хорошо растяжимым, но и сохранили электропроводимость. Благодаря добавкам хрупкая молекулярная структура исходного полимера стала мягче, а строение материала стало напоминало собой рыболовную сеть с нитями и ячейками — это позволило ему свободно растягиваться и деформироваться.

Тестирование новой полимерной пленки показало, что ее удельная электропроводность сравнима с лучшими значениями, достигаемыми полимерами PEDOT:PSS: более 3100 сименс/см при нулевом растяжении, и более 4100 сименс/см при двукратном растяжении — это одни из самых высоких показателей проводимости для растяжимых проводников. Материал также оказался устойчив к повторяющимся нагрузкам: электропроводность осталась в пределах 3600 сименс/см после тысячи циклов двукратного растяжения. Более того, электропроводность наблюдалась в пределах 100 сименс/см при шестикратном растяжении, с границей разрушения при 800 процентах от начального размера — по этому показателю новый материал превосходит даже лучшие образцы гибких проводников на базе углеродных нанотрубок и серебряных нитей.

Ранее мы писали о самовосстанавливающемся электропроводимом биосовместимом материале, а также об эластичных платах для носимых у устройств.

Надежда Бессонова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.