Een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Zhu Jin van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) ontwikkelde een polyurethaan met uitstekende eigenschappen van rekbaarheid, taaiheid, zelfherstellend en zelfs thermisch herstel, die de biologische functionaliteiten van menselijke spieren nabootst. De studie is gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen .

Als een steeds waardevollere grens voor de volgende generatie elektronische apparaten, rekbare elektronica kan zich aanpassen aan zachte en gebogen vormen, en zullen dus naar verwachting een meer constructieve rol spelen in het tijdperk van kunstmatige intelligentie en grotere veranderingen in het dagelijks leven van mensen teweegbrengen.

Elastomeren zijn verwerkt in de rekbare elektronica en geven ze verschillende mechanische eigenschappen of zelfs extra eigenschappen zoals zelfgenezing om de duurzaamheid en stabiliteit van rekbare elektronica te behouden. Echter, de wisselwerking tussen mechanische eigenschappen (d.w.z. rekbaarheid en taaiheid) en zelfherstel beperkt de optimalisatie van de algemene eigenschappen van elastische matrix.

Geïnspireerd door de biologische eigenschappen van menselijke spieren, de onderzoekers van NIMTE synthetiseerden een polyurethaan (DA-PU) voor rekbare elektronica, die donor- en acceptorgroepen bevat die afwisselend langs de hoofdketen zijn verdeeld om zowel intra-keten als inter-keten donor-acceptor (D-A) zelfassemblage te bereiken.

Dankzij het skeletspiereiwit titine, menselijke spieren kunnen in korte tijd honderden concentratie-/ontspanningscycli uitvoeren. De intramoleculaire secundaire interacties van titine kunnen omkeerbaar worden verbroken en opnieuw worden opgevouwen om de spier te herstellen.

evenzo, dankzij de omkeerbare D–A-zelfmontage, DA-PU zou dezelfde of meer concentratie-/ontspanningscycli kunnen uitvoeren zonder blijvende vervorming. De D-A-zelfassemblage stabiliseerde de netwerkstructuur bestaande uit zachte en harde fasen in polyurethaan, waardoor het als hyperelastisch, super stoer, en duurzaam als menselijke spieren.

In detail, DA-PU vertoonde verbazingwekkende mechanische prestaties met een rek bij breuk van 1900% en een taaiheid van 175,9 MJ m ^-3 . Cyclische trek- en stressrelaxatie-experimenten bewezen zijn opmerkelijke anti-vermoeidheids- en anti-stress-relaxatie-eigenschappen. Zelfs in het geval van vervorming onder grote spanning of langdurige rek, het zou bijna volledig kunnen worden hersteld door thermische reparatie bij 60℃. De zelfherstellende snelheid van DA-PU bereikte 1,0-6,15 m min ^-1 van 60 tot 80 °C, die geleidelijk werd versterkt naarmate de temperatuur steeg.

Bovendien, de onderzoekers fabriceerden een rekbare capacitieve sensor op basis van DA-PU, die opmerkelijke rekbaarheid vertoonde, antivermoeidheids- en zelfherstellende eigenschappen, zelfs na kritische vervorming en afsnijden.

De strategie kan licht werpen op het onderzoek en de ontwikkeling van een reeks taaie en zelfherstellende elastische materialen die worden toegepast op het gebied van rekbare elektronica.