Wetenschappers van de Yokohama National University en de University of Tokyo in Japan hebben een ionengel ontworpen met een uitstekende taaiheid en het vermogen om zichzelf te genezen bij omgevingstemperatuur zonder enige externe trigger of waarneembare verandering in de omgeving, zoals licht of temperatuur. Deze nieuwe materiaalklasse heeft veelbelovend potentieel voor het bouwen van flexibele elektronische apparaten.

Ionengels hebben veel aandacht getrokken vanwege hun unieke eigenschappen, inclusief lage neiging om te verdampen bij kamertemperatuur, hoge thermische stabiliteit en een hoge ionische geleidbaarheid. De onderzoekers demonstreerden een iongel die bij kamertemperatuur vanzelf snel geneest zonder externe prikkels. Ze demonstreren ook de uitstekende taaiheid van het materiaal als gevolg van meerdere waterstofbruggen in het materiaal.

"Van draagbare elektronische apparaten wordt verwacht dat ze tijdens dagelijks gebruik vele malen worden uitgerekt en gebogen, " zei Ryota Tamate, een corresponderende auteur en een JSPS-postdoctoraal onderzoeker aan de Graduate School of Engineering, Yokohama Nationale Universiteit. "Als de ionengel die in het draagbare apparaat wordt gebruikt een zelfherstellende eigenschap heeft, het kan scheuren en beschadigingen repareren tijdens het herhaaldelijk uitrekken en buigen, en de duurzaamheid van het apparaat te verbeteren."

De studie, gepubliceerd in Geavanceerde materialen in juli 2018, beschrijft een specifiek type polymeergel, genaamd de ionengel, dat is gevuld met zouten in vloeibare vorm, of ionische vloeistoffen. Deze ionengel is gemaakt door twee materialen te combineren, of "blokken" - de ene wordt afgestoten door ionische vloeistoffen, terwijl de andere zich bindt met waterstof. Samen, ze vormen wat een diblokcopolymeer wordt genoemd. De combinatie van de vloeibare zouten en het diblokcopolymeermateriaal resulteerde in een uiteindelijke micellaire structuur die verantwoordelijk is voor alle gewenste eigenschappen van het materiaal. Het blok dat wordt afgestoten door ionische vloeistoffen vormt de kern, terwijl de buitenkant is samengesteld uit ketens die met elkaar interageren via meerdere waterstofbruggen.

De studie is de eerste demonstratie dat de introductie van waterstofbinding in iongels kan resulteren in de sterkte van het materiaal en het vermogen om zichzelf te herstellen bij kamertemperatuur.

"Het zelfherstellende proces van deze ionengel kan binnen een paar uur worden voltooid, ' zei Tamate.

"Waterstofbinding is omkeerbaar, en als een resultaat, het is een veelbelovende interactie die bijdraagt ​​aan het vermogen van een materiaal om zichzelf te genezen vanwege hun omkeerbare aard. In dit onderzoek, door de waterstofbindingssterkte van polymeerketens in ionische vloeistoffen af ​​te stemmen, we gebruikten waterstofbinding als een omkeerbaar vernettingspunt van de ionengel. Verder, we hebben bewezen dat de micellaire structuur gevormd door het diblokcopolymeermateriaal de fysieke sterkte en het op zichzelf staande vermogen van de ionengel aanzienlijk verbeterde, " hij voegde toe.

Hoewel er tot nu toe verschillende soorten taaie ionengels zijn gerapporteerd, de auteurs schrijven dat het bereiken van zowel het zelfgenezend vermogen als de hoge taaiheid een grote uitdaging blijft. Ze melden ook dat de mechanische en elektrochemische eigenschappen van hun gel vergelijkbaar waren met die van een overigens ongewijzigde of onveranderde ionengel. Het op zichzelf staande vermogen van het materiaal, het feit dat het zichzelf kan genezen bij kamertemperatuur en ook gemakkelijk in oplossing kan worden verwerkt, maakt het allemaal een veelbelovende vaste elektrolyt voor toekomstige toepassingen op het gebied van flexibele elektronica, met name om zelfherstellende elektronica te creëren.

Volgens Tamate, "Voor apparaattoepassingen, duurzaamheid van de ionengel onder verschillende fysiek belastende omstandigheden moet kwantitatief worden onderzocht. In aanvulling, aangezien het huidige diblokcopolymeer de neiging heeft om vocht uit de lucht te absorberen, we willen andere interacties zoeken tussen structuren die bestaan ​​uit meerdere moleculen die lange tijd stabiel zijn in een open atmosfeer. In aanvulling, aangezien de fysieke eigenschappen van ionische vloeistoffen op grote schaal kunnen worden afgestemd door de selectie van kationen en anionen, de combinatie met verschillende ionische vloeistoffen zal worden onderzocht."

uiteindelijk, de auteurs willen nieuwe functionele iongels ontwikkelen die kunnen worden gebruikt om nieuwe apparaten te maken die flexibel en dus draagbaar zijn.