In navolging van het Marvel-universum, onderzoekers melden dat ze een zelfherstellend polymeermateriaal hebben ontwikkeld met het oog op elektronica en zachte robotica die zichzelf kunnen repareren. Het materiaal is rekbaar en transparant, geleidt ionen om stroom te genereren en zou op een dag kunnen helpen uw kapotte smartphone weer in elkaar te zetten.

De onderzoekers presenteren hun werk vandaag op de 253e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

"Toen ik jong was, mijn idool was Wolverine uit de X-Men, "Chao Wang, doctoraat, zegt. "Hij zou de wereld kunnen redden, maar alleen omdat hij zichzelf kon genezen. Een zelfherstellend materiaal, wanneer gesneden in twee delen, weer samen kunnen gaan alsof er niets is gebeurd, net als onze menselijke huid. Ik heb onderzoek gedaan naar het maken van een zelfherstellende lithium-ionbatterij, dus als je je mobiele telefoon laat vallen, het zou zichzelf kunnen herstellen en veel langer meegaan."

De sleutel tot zelfherstel zit in de chemische binding. Er zijn twee soorten bindingen in materialen, legt Wang uit. Er zijn covalente bindingen, die sterk zijn en zich niet gemakkelijk hervormen als ze eenmaal gebroken zijn; en niet-covalente bindingen, die zwakker en dynamischer zijn. Bijvoorbeeld, de waterstofbruggen die watermoleculen met elkaar verbinden zijn niet-covalent, voortdurend breken en hervormen om de vloeibare eigenschappen van water te laten ontstaan. "De meeste zelfherstellende polymeren vormen waterstofbruggen of metaal-ligandcoördinatie, maar deze zijn niet geschikt voor ionische geleiders, "zegt Wang.

Wang's team aan de Universiteit van Californië, rivieroever, veranderde in plaats daarvan in een ander type niet-covalente binding, een ion-dipoolinteractie genaamd, een kracht tussen geladen ionen en polaire moleculen. "Ion-dipool interacties zijn nooit gebruikt voor het ontwerpen van een zelfherstellend polymeer, maar het blijkt dat ze bijzonder geschikt zijn voor ionengeleiders, ", zegt Wang. Het belangrijkste ontwerpidee bij de ontwikkeling van het materiaal was om een ​​polaire, rekbaar polymeer, poly(vinylideenfluoride-co-hexafluorpropyleen), plus een mobiel, ionisch zout. De polymeerketens zijn aan elkaar gekoppeld door ion-dipool interacties tussen de polaire groepen in het polymeer en het ionische zout.

Het resulterende materiaal kan tot 50 keer zijn gebruikelijke grootte uitrekken. Na in tweeën te zijn gescheurd, het materiaal hechtte zichzelf binnen een dag automatisch weer volledig aan elkaar.

Als proef, de onderzoekers genereerden een "kunstmatige spier" door een niet-geleidend membraan tussen twee lagen van de ionengeleider te plaatsen. Het nieuwe materiaal reageerde op elektrische signalen, beweging brengen in deze kunstmatige spieren, zo genoemd omdat biologische spieren op dezelfde manier bewegen als reactie op elektrische signalen (hoewel de materialen van Wang niet bedoeld zijn voor medische toepassingen).

Voor de volgende stap, de onderzoekers werken aan het veranderen van het polymeer om de eigenschappen van het materiaal te verbeteren. Bijvoorbeeld, ze testen het materiaal in zware omstandigheden, zoals een hoge luchtvochtigheid. "Eerdere zelfherstellende polymeren werkten niet goed bij hoge luchtvochtigheid, zegt Wang. "Er komt water binnen en maakt de boel kapot. Het kan de mechanische eigenschappen veranderen. We zijn momenteel bezig met het tweaken van de covalente bindingen in het polymeer zelf om deze materialen klaar te maken voor toepassingen in de echte wereld."