Эластичный проводник научили создавать новые проводящие дорожки взамен поврежденных
Американские исследователи создали эластичный материал, который не только проводит ток, но и самостоятельно восстанавливает свою проводимость даже при сильном повреждении. Он состоит из полимера с заключенными в нем микрокаплями жидкого сплава, которые при частичном повреждении материала формируют новые проводящие области, рассказывают авторы в журнале Nature Materials.
Материалы, применяемые для создания обычной электроники, плохо подходят для использования в носимых устройствах. Для этого класса устройств исследователи разрабатывают эластичные и проводящие материалы, способные без проблем выдерживать повседневные нагрузки, вызываемые движением тела. Несмотря на то, что подобные разработки уже есть, почти все из них необратимо теряют свои свойства при сильной механической нагрузке, поэтому ученые постоянно ищут новые материалы, устойчивые к механическому воздействию.
Исследователи под руководством Кармела Маджиди (Carmel Majidi) из Университета Карнеги — Меллона создали эластичный и проводящий материал, который может выдерживать сильное разрушение, восстанавливая свою проводимость. Он состоит из двух основных компонентов — силиконового эластомера и жидкого при комнатной температуре сплава EGaIn, состоящего на 75 процентов из галлия и на 25 из индия. Исследователи смешивали сплав с жидким эластомером, который затем затвердевал. В результате образовывался эластомер, в котором относительно равномерно распределены эллипсоидные капли сплава со средним размером 50 микрометров.
Поскольку изначально капли не связаны друг с другом, материал не проводит ток. Но в нем можно создавать проводящие дорожки любой формы, прикладывая давление к той или иной области материала. Из-за этого давления капли объединяются с соседними и образуют единый проводящий канал из металла. Исследователи показали, что для автоматизированного создания сложной сети дорожек можно использовать графопостроитель.
Главное следствие из такого строения заключается не в возможности создания проводящих дорожек, а в том, что они могут самопроизвольно образовываться, когда основная дорожка повреждается. Когда материал повреждается ножом, дыроколом или другим предметом, этот предмет не только разрывает эластомер, но и сдавливает соседние области и создает в них новые проводящие каналы из сплава. Разработчики наглядно продемонстрировали это свойство на примере часов, соединенных с микросхемой четырьмя контактами. Несмотря на крайне сильные повреждения часы продолжили работать:
Ранее ученые из Китая создали самозаживляющийся гидрогель, которому можно придавать практически любой цвет, просто меняя размер частиц в нем. Такой гидрогель можно разрезать на две части, а затем соединить их обратно, после чего между ними образуются новые связи.
Григорий Копиев
Возможно, они образовались из мертвых бактерий
Японские ученые нашли в Южной Африке графеноподобные структуры возрастом около 3,2 миллиарда лет. Изотопный состав указывает на то, что структуры могли образоваться из мертвых бактерий. Ученые рассказали о своем открытии на геологической конференции Goldschmidt 2023. Графен — это изолированные слои графита толщиной в один атом. Графен уже используется во многих современных технологиях — от транзисторов и топливных элементов до устройств для опреснения воды. Будущие нобелевские лауреаты Андрей Гейм и Константин Новоселов впервые получили графен вручную, отделяя его слои на обычную липкую ленту. Однако эта технология плохо воспроизводится и для промышленного получения, конечно, не подходит. Сейчас графен получают методами осаждения из газовой фазы (CVD) или химическим отслаиванием. Все эти способы сложны и требуют использования высоких температур и жестких реагентов. Поэтому до недавнего времени обнаружение графена в природе казалось маловероятным. Японские геологи под руководством Йоко Отомо (Yoko Ohtomo) неожиданно обнаружили графеноподобные структуры в горной породе возрастом 3,2 миллиарда лет. Ученые изучали горные образцы железосодержащей силикокластической породы, полученные в районе золотой шахты Шеба (Sheba) в Южной Африке. Силикокластическими называют некарботнатные обломочные и осадочные породы. В одном из образцов Отомо и ее коллеги обнаружили прозрачные пленки и волокна размером до сотни микрон, состоящие преимущественно из углерода с незначительными примесями азота и серы. Все пленки оказались слоистыми, при этом слои имели графеноподобную структуру. Чаще всего такие графеноподобные структуры образовывали пленку вокруг более крупных частиц железа или титана. Анализ изотопного состава указывает на то, что углерод в составе графена мог иметь биологическое происхождение. Возможно, его источником были мертвые бактерии. Впрочем, Отомо и ее коллеги признают, что механизм образования структур требует более подробного изучения и роль бактерий в нем пока не ясна. Интересно, что несколько лет назад нидерландские химики уже показали, что живые бактерии способны восстанавливать оксид графена до графена в относительно мягких условиях. Возможно, результаты, полученные Отомо и ее коллегами помогут оптимизировать этот процесс и найти более простые пути получения графена. В начале года мы писали об исследовании японских и американских физиков, которые объяснили сверхпроводимость двухслойного графена необычной геометрией волновых функций электронов и структурой электронных зон. А о перспективах и проблемах использования графена можно прочитать в нашем интервью с нобелевским лауреатом Константином Новоселовым