Geavanceerde robotica-gevoelige aanraking of draagbare apparaten van de volgende generatie met geavanceerde detectiemogelijkheden zouden binnenkort mogelijk kunnen zijn na de ontwikkeling van een rubber dat flexibiliteit combineert met een hoge elektrische geleidbaarheid.

Het nieuwe slimme composietmateriaal, ontwikkeld door onderzoekers van de faculteit Ingenieurs- en Informatiewetenschappen van de Universiteit van Wollongong (UOW), vertoont eigenschappen die nog niet eerder zijn waargenomen:het neemt toe in elektrische geleidbaarheid als het wordt vervormd, vooral als het langwerpig is.

Elastische materialen, zoals rubbers, zijn gewild in robotica en draagbare technologie omdat ze inherent flexibel zijn, en kan eenvoudig worden aangepast aan een specifieke behoefte.

Om ze elektrisch geleidend te maken, een geleidende vulstof, zoals ijzerdeeltjes, wordt toegevoegd om een ​​composietmateriaal te vormen.

De uitdaging voor onderzoekers was het vinden van een combinatie van materialen om een ​​composiet te produceren dat de concurrerende functies van flexibiliteit en geleidbaarheid overwint. Typisch, als een composietmateriaal wordt uitgerekt, het vermogen om elektriciteit te geleiden neemt af naarmate de geleidende vulstofdeeltjes scheiden.

Nog, voor het opkomende gebied van robotica en draagbare apparaten, kunnen buigen, gecomprimeerd, uitgerekt of gedraaid met behoud van geleidbaarheid is een essentiële vereiste.

Onder leiding van senior professor Weihua Li en postdoctoraal onderzoeker van de vice-kanselier Dr. Shiyang Tang, de UOW-onderzoekers hebben een materiaal ontwikkeld dat het regelboek over de relatie tussen mechanische belasting en elektrische geleidbaarheid weggooit.

Met behulp van vloeibaar metaal en metalen microdeeltjes als geleidende vulstof, ze ontdekten een composiet waarvan de geleidbaarheid toeneemt naarmate er meer druk op wordt uitgeoefend - een ontdekking die niet alleen nieuwe mogelijkheden biedt in toepassingen, het kwam ook op een onverwachte manier tot stand.

Dr. Tang zei dat de eerste stap een mengsel was van vloeibaar metaal, ijzer microdeeltjes, en elastomeer dat, door een toevallig ongeval, veel langer dan normaal in een oven was uitgehard.

Het over-uitgeharde materiaal had een verminderde elektrische weerstand bij blootstelling aan een magnetisch veld, maar er waren nog tientallen monsters nodig om te ontdekken dat de reden voor het fenomeen een langere uithardingstijd was van enkele uren langer dan normaal.

"Toen we per ongeluk een monster uitrekten terwijl we de weerstand aan het meten waren, we ontdekten verrassend genoeg dat de weerstand dramatisch afnam, ' zei dokter Tang.

"Onze grondige tests toonden aan dat de soortelijke weerstand van dit nieuwe composiet met zeven ordes van grootte zou kunnen dalen wanneer het wordt uitgerekt of samengedrukt, zelfs met een klein bedrag.

"De toename van de geleidbaarheid wanneer het materiaal wordt vervormd of een magnetisch veld wordt toegepast, zijn eigenschappen die volgens ons ongekend zijn."

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Hoofdauteur en Ph.D. student Guolin Yun zei dat de onderzoekers verschillende interessante toepassingen hebben aangetoond, zoals het benutten van de superieure thermische geleidbaarheid van de composiet om een ​​draagbare verwarming te bouwen die opwarmt waar druk wordt uitgeoefend.

"De warmte neemt toe naar het gebied waar druk wordt uitgeoefend en neemt af wanneer deze wordt verwijderd. Deze functie kan worden gebruikt voor flexibele of draagbare verwarmingsapparaten, zoals verwarmde inlegzolen, " hij zei.

De onderzoeksgroep heeft materialen bestudeerd die hun fysieke toestand kunnen veranderen, zoals vorm of hardheid, als reactie op mechanische druk. Met de toevoeging van elektrische geleidbaarheid, de materialen worden 'slim' door mechanische krachten om te zetten in elektronische signalen.

Professor Li zei dat de ontdekking niet alleen de belangrijkste uitdaging had overwonnen om een ​​flexibel en sterk geleidend composietmateriaal te vinden, zijn ongekende elektrische eigenschappen kunnen leiden tot innovatieve toepassingen, zoals rekbare sensoren of flexibele draagbare apparaten die menselijke beweging kunnen herkennen.

"Bij het gebruik van conventionele geleidende composieten in flexibele elektronica, de afname van de geleidbaarheid bij uitrekken is ongewenst omdat dit de prestaties van deze apparaten aanzienlijk kan beïnvloeden en de levensduur van de batterij in gevaar kan brengen.

"In deze betekenis, we moesten een composietmateriaal ontwikkelen met eigenschappen die nog nooit eerder zijn waargenomen:een materiaal dat zijn geleidbaarheid kan behouden, of toename van de geleidbaarheid, omdat het langwerpig is.

"We weten dat veel wetenschappelijke vooruitgang is voortgekomen uit ongebruikelijke ideeën. De verkenning van onconventionele gebieden en een laboratoriumcultuur die innovatie aanmoedigt, zal eerder onverwachte ontdekkingen opleveren."