Het Air Force Research Laboratory heeft vloeibare metalen systemen ontwikkeld die autonoom van structuur veranderen, zodat ze betere geleiders worden als reactie op spanning.

Geleidende materialen veranderen hun eigenschappen als ze worden gespannen of uitgerekt. Typisch, de elektrische geleidbaarheid neemt af en de weerstand neemt toe met uitrekken.

Het materiaal dat onlangs door AFRL-wetenschappers is ontwikkeld, genaamd Polymerized Liquid Metal Networks, doet net het tegenovergestelde. Deze vloeibare metalen netwerken kunnen tot 700% belast worden, autonoom reageren op die spanning om de weerstand tussen die twee staten vrijwel hetzelfde te houden, en toch terugkeren naar hun oorspronkelijke staat. Het is allemaal te danken aan de zelfgeorganiseerde nanostructuur in het materiaal die deze reacties automatisch uitvoert.

"Deze reactie op uitrekken is precies het tegenovergestelde van wat je zou verwachten, " zei Dr. Christopher Tabor, AFRL hoofdonderzoeker van het project. "Normaal gesproken zal een materiaal in weerstand toenemen als het wordt uitgerekt, simpelweg omdat de stroom door meer materiaal moet gaan. Experimenteren met deze vloeibare metalen systemen en het zien van de tegenovergestelde reactie was volkomen onverwacht en eerlijk gezegd ongelooflijk totdat we begrepen wat er aan de hand was."

Draden die hun eigenschappen behouden onder deze verschillende soorten mechanische omstandigheden hebben vele toepassingen, zoals draagbare elektronica van de volgende generatie. Bijvoorbeeld, het materiaal zou kunnen worden geïntegreerd in een kledingstuk met lange mouwen en worden gebruikt voor het overbrengen van kracht door het shirt en over het lichaam op een manier dat het buigen van een elleboog of het draaien van een schouder de overgedragen kracht niet verandert.

AFRL-onderzoekers evalueerden ook de verwarmingseigenschappen van het materiaal in een vormfactor die lijkt op een verwarmde handschoen. Ze maten de thermische respons met aanhoudende vingerbeweging en behielden een bijna constante temperatuur met een constant aangelegde spanning, in tegenstelling tot de huidige state-of-the-art rekbare kachels die aanzienlijke thermische energieopwekking verliezen wanneer ze worden belast als gevolg van de weerstandsveranderingen. Deze eigenschappen en de details van de materiaalfabricage worden direct vergeleken in de huidige uitgave van: Geavanceerde materialen .

Dit project begon vorig jaar en werd ontwikkeld in AFRL met fundamentele onderzoeksdollars van het Air Force Office of Scientific Research. Het wordt momenteel onderzocht voor verdere ontwikkeling in samenwerking met zowel particuliere bedrijven als universiteiten. Werken met bedrijven aan coöperatief onderzoek is gunstig omdat ze vroege systemen gebruiken die goed functioneren in het laboratorium en deze optimaliseren voor mogelijke opschaling. In dit geval, ze zullen de integratie van deze materialen in textiel mogelijk maken dat kan dienen om menselijke prestaties te volgen en te verbeteren.

De onderzoekers beginnen met individuele deeltjes vloeibaar metaal ingesloten in een omhulsel, die op waterballonnen lijken. Elk deeltje wordt vervolgens chemisch aan het volgende vastgemaakt door middel van een polymerisatieproces, vergelijkbaar met het toevoegen van schakels in een ketting; op die manier zijn alle deeltjes met elkaar verbonden.

Aangezien de verbonden vloeibare metaaldeeltjes worden gespannen, de deeltjes scheuren open en er komt vloeibaar metaal uit. Verbindingen vormen om het systeem zowel geleidbaarheid als inherente rekbaarheid te geven. Tijdens elke rekcyclus na de eerste, de geleidbaarheid neemt toe en keert terug naar normaal. Om het af te maken, er is geen detectie van vermoeidheid na 10, 000 cycli.

"De ontdekking van gepolymeriseerde vloeibare metaalnetwerken is ideaal voor rekbare vermogensafgifte, detectie en circuits, " zei Kapitein Carl Thrasher, onderzoekschemicus binnen de Materials and Manufacturing Directorate bij AFRL en hoofdauteur van het tijdschriftartikel. "Menselijke interfacesystemen zullen continu kunnen werken, Weeg minder, en meer vermogen te leveren met deze technologie."

"We denken dat dit echt spannend is voor een groot aantal toepassingen, " voegde hij eraan toe. "Dit is iets dat vandaag niet op de markt beschikbaar is, dus we zijn erg enthousiast om dit aan de wereld te introduceren en het te verspreiden."