Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Een dynamisch stabiele, zelfherstellende draad op basis van mechanisch-elektrische koppeling

(a) Schematische illustratie van de kern-schilconfiguratie van het gemyeliniseerde axon met efficiënt transmissievermogen van neurale actiepotentialen. De waterstofbruggen en Van der Waals-krachten tussen de myelineschil en de axonkern garanderen een betrouwbare overdracht van neuraal actiepotentiaal in gemyeliniseerde axonen. (b) Schematische illustratie van zelfherstelbare draden (LM/SHP) met hoge dynamische stabiliteit en voldoende elektronentransportvermogen. De interacties tussen waterstofbruggen en coördinatiebruggen tussen de zelfherstelbare polymeer (SHP) schaal en de kern van vloeibaar metaal (LM) resulteren in mechanisch-elektrische koppeling voor verbetering van de dynamische stabiliteit. Krediet:Science China Press

Zeer flexibele en geleidende draden spelen een cruciale rol bij de integratie en toepassing van draagbare apparaten. De frequente spanning en vervorming bij praktisch gebruik kunnen echter structurele schade aan deze draden veroorzaken, wat kan leiden tot falen van de gehele module. Zelfherstellende draden zijn in staat de mechanische en elektrische eigenschappen te herstellen wanneer er sprake is van structuurschade, wat een veelbelovende oplossing voor dit probleem biedt.



De praktische toepassingen van zelfherstellende draden worden echter belemmerd door de sterk fluctuerende elektrische weerstand onder dynamische omstandigheden zoals buigen, drukken, strekken en trillen, waardoor de continue monitoringnauwkeurigheid van de onderling verbonden draagbare apparaten aanzienlijk wordt verminderd.

Om deze knelpunten te overwinnen heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Hao Sun van de Shanghai Jiao Tong Universiteit een nieuwe familie van dynamisch stabiele, zelfherstelbare draden ontwikkeld op basis van mechanisch-elektrische koppeling, geïnspireerd door de waterstofbruggen en van der Waals-krachten. interactie tussen axonkern en myelineschil in gemyeliniseerde axon. Het team gebruikte supramoleculaire chemie om de treksterkte (35–73 MPa) van de zelfherstellende draden te verbeteren, wat een goede match vertoonde met gewone textielvezels (28–74 MPa).

Belangrijker nog was dat het mechanisch-elektrische koppelingseffect op basis van waterstof en coördinatiebindingen tussen de structurele (zelfherstelbare polymeer) en geleidende (GaInSn vloeibaar metaal) componenten de elektrische stabiliteit van de zelfherstelbare draden onder verschillende dynamische omgevingen aanzienlijk had verbeterd. De weerstandsverandering van deze zelfherstellende draden was bijvoorbeeld minder dan 0,7 ohm bij een hoge spanning van 500%, en de elektrische weerstand werd met minder dan 5% verhoogd onder verschillende dynamische omstandigheden zoals buigen, persen, knopen en wassen. .

(a) Foto van het geïntegreerde gezondheidszorgplatform bestaande uit temperatuur, hartslag en K + sensoren, microcontrollereenheid, Bluetooth-module en lithium-ionbatterij, die met elkaar waren verbonden door LM/SHP-draden. (b) Stroom-spanningscurveveranderingen van de vezelvormige temperatuursensor bij verschillende temperaturen. (c) Het open circuit potentiële responsvermogen van de vezelvormige K + sensor onder verschillende kaliumchlorideconcentraties. (d) Variatie van de elektrische weerstand van LM/SHP-, genezen LM/SHP-, LM/PDMS- en LM/PU-draden onder dynamische omstandigheden, waaronder hameren, drukken en strekken. Krediet:Science China Press

Deze draden zijn veelbelovend voor draagbare toepassingen vanwege hun uitstekende mechanische, elektrische en dynamische eigenschappen. Er zou bijvoorbeeld een geïntegreerd gezondheidszorgplatform kunnen worden vervaardigd dat bestaat uit temperatuur, hartslag en K + sensoren, microcontrollereenheid, Bluetooth-module en lithium-ionbatterij, die met elkaar waren verbonden met behulp van deze zelfherstelbare draden, die een verwaarloosbare elektrische weerstandsfluctuatie van 3-4% vertoonden onder hameren, drukken en strekken, zelfs na breken en genezen.

Bovendien maakte het een stabiele en nauwkeurige monitoring van menselijke activiteiten mogelijk, zelfs in het scenario van tremor van ledematen veroorzaakt door de gesimuleerde ziekte van Parkinson. Deze resultaten toonden het belang aan van een hoge dynamische stabiliteit van zelfherstellende draden, die een betrouwbare werking van de onderling verbonden draagbare apparaten garandeerden.

“We hebben zelfherstellende draden nodig die hun elektrische weerstand kunnen behouden onder dynamische omstandigheden, wat essentieel is om de precisie en betrouwbaarheid van de onderling verbonden draagbare apparaten in praktische toepassingen te garanderen. In onze pogingen om dit doel te bereiken merken we dat het zenuwstelsel op betrouwbare wijze neurale actiepotentialen overbrengen, zelfs onder ernstige vervormingen, wat ons inspireert om het 'mechanisch-elektrische koppelingsmechanisme' voor te stellen, waarbij de nadruk ligt op het verbeteren van grensvlakinteractie.

"We innoveren daarom zelfherstelbare polymeermaterialen via supramoleculaire chemie om sterke interactie met GaInSn vloeibaar metaal te induceren, waardoor dynamisch stabiele zelfherstelbare draden worden bereikt die praktische draagbare scenario's ten goede komen", aldus prof. Hao Sun.

"In een breder perspectief kan onze 'mechanisch-elektrische koppeling' een algemene strategie worden om de dynamische stabiliteit van verschillende flexibele materialen en apparaten te verbeteren, en een verscheidenheid aan toepassingen ten goede te komen, zoals draagbare gezondheidszorg, intelligente robotica en implanteerbare elektronica."

Meer informatie: Shuo Wang et al, Een dynamisch stabiele, zelfherstelbare draad gebaseerd op mechanisch-elektrische koppeling, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae006

Aangeboden door Science China Press




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat is het voordeel van het feit dat het DNA goed is ingepakt in de chromosomen?
  2. Hoe langzame spiervezels hun buren overtuigen om zich bij hen aan te sluiten
  3. Wat zijn de voordelen van biodiversiteit?
  4. Moderne plantaardige enzymen werken samen met verrassend oude eiwitten
  5. Familiebanden Snapper leveren nieuw bewijs op over mariene reservaten
  6. Invasieve kikkers geven invasieve vogels een boost op Hawaï
  7. Wat is het Missyplicity-project?
  8. Hoe Kudzu werkt
  9. Opwarming van het klimaat zou de bacteriële impact op Chesapeake Bay-schelpdieren kunnen vergroten, recreatie

Wetenschap