(Phys.org)—Wetenschappers hebben een flexibel elektrisch circuit gefabriceerd dat, wanneer in twee stukken gesneden, kan zichzelf herstellen en zijn oorspronkelijke geleidbaarheid volledig herstellen. Het circuit is gemaakt van een nieuwe gel die een combinatie van eigenschappen bezit die normaal gesproken niet samen worden gezien:hoge geleidbaarheid, flexibiliteit, en zelfgenezing bij kamertemperatuur. De gel kan mogelijk zelfgenezend zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen, inclusief flexibele elektronica, zachte robotica, kunstmatige huiden, biomimetische prothesen, en energieopslagapparaten.

De onderzoekers, geleid door Guihua Yu, een assistent-professor aan de Universiteit van Texas in Austin, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe zelfherstellende gel in een recent nummer van Nano-letters .

De eigenschappen van de nieuwe gel komen voort uit de hybride samenstelling van twee gels:een supramoleculaire gel, of 'supergel', wordt geïnjecteerd in een geleidende polymeer hydrogelmatrix. Zoals de onderzoekers uitleggen, deze "guest-to-host"-strategie maakt het mogelijk om de chemische en fysieke kenmerken van elke component te combineren.

de supergel, of de "gast, " biedt het zelfgenezend vermogen vanwege de supramoleculaire chemie. Als supramoleculaire assemblage, het bestaat uit grote moleculaire subeenheden in plaats van individuele moleculen. Door zijn grote omvang en structuur, het geheel wordt bij elkaar gehouden door veel zwakkere interacties dan normale moleculen, en deze interacties kunnen ook omkeerbaar zijn. Deze omkeerbaarheid geeft de supergel het vermogen om als een "dynamische lijm" te werken en zichzelf weer in elkaar te zetten.

In de tussentijd, de geleidende polymeerhydrogel, of de "gastheer, " draagt ​​bij aan de geleidbaarheid dankzij het nanogestructureerde 3D-netwerk dat elektronentransport bevordert. Als de ruggengraat van de hybride gel, de hydrogelcomponent versterkt ook de sterkte en elasticiteit. Wanneer de supergel in de hydrogelmatrix wordt geïnjecteerd, het wikkelt zich zo om de hydrogel dat het een tweede netwerk vormt, verdere versterking van de hybride gel als geheel.

In hun experimenten, de onderzoekers fabriceerden dunne films van de hybride gel op flexibele plastic substraten om hun elektrische eigenschappen te testen. De tests toonden aan dat de geleidbaarheid een van de hoogste waarden is van geleidende hybride gels, en blijft behouden dankzij de zelfgenezende eigenschap, zelfs na herhaaldelijk buigen en strekken. De onderzoekers toonden ook aan dat, wanneer een elektrisch circuit gemaakt van de hybride gel wordt doorgesneden, het duurt ongeveer een minuut voordat het circuit zichzelf herstelt en zijn oorspronkelijke geleidbaarheid herstelt. De gel geneest zichzelf, zelfs na meerdere keren op dezelfde locatie te zijn geknipt.

De onderzoekers legden uit dat het geleidende zelfherstellende materiaal verschillende mogelijke toepassingen heeft.

"De geleidende zelfherstellende gel die we hebben ontwikkeld, kan op veel technologische gebieden worden toegepast, van flexibele/rekbare elektronica, kunstmatige huiden, apparaten voor energieopslag en -conversie, tot biomedische apparaten, "Je vertelde" Phys.org . "Bijvoorbeeld, de gel kan mogelijk worden gebruikt in implanteerbare biosensoren als flexibele maar zelfherstellende elektroden, om de duurzaamheid van deze apparaten te garanderen. En in energieapparaten, bijvoorbeeld, de gel kan fungeren als bindmiddel voor geavanceerde batterij-elektroden in Li-ion-batterijen met hoge dichtheid, waar elektroden met hoge capaciteit aanzienlijke volumeveranderingen kunnen ondergaan."

De onderzoekers hopen ook dat, door supramoleculaire chemie en polymeer nanowetenschap te combineren, de resulterende hybride gels kunnen een bruikbare strategie bieden voor het ontwerpen van nieuwe zelfherstellende materialen.

"We zijn van plan de fundamentele mechanismen van de zelfherstellende eigenschappen van supramoleculaire gels te onderzoeken en beter te begrijpen hoe verschillende sleutelfactoren, zoals verschillende metaalionen, de geometrieën van de moleculen, en de interacties tussen het supramolecuul en verschillende oplosmiddelen, invloed hebben op de zelfgenezende eigenschappen, " zei Yu. "Een dieper fundamenteel begrip zal het mogelijk maken om betere materialen te ontwikkelen. In de tussentijd, vanuit het oogpunt van meer 'praktische toepassingen', sommige onderzoeksinspanningen (samen met onze medewerkers) zullen worden gewijd aan het ontwikkelen van schaalbare synthetische strategieën van supramoleculen en zelfherstellende hybride gels met een nog betere mechanische sterkte en elasticiteit, voor mogelijke toepassingen van deze zelfherstellende gels in verschillende technologische gebieden."

© 2015 Fys.org