Стекловидные гели: проводят ток, не высыхают и липнут - будущее электроники и не только?

Исследователи из Университета Северной Каролины (NC State) заявили о создании совершенно нового класса материалов, которые они назвали стекловидными гелями. Этот материал сочетает в себе лучшие свойства стекла и геля, что делает его уникальным в своем роде.

Профессор химической и биомолекулярной инженерии NC State Майкл Дики, ведущий автор исследования, пояснил : «Мы создали материал, который так же твёрд, как стеклоподобные полимеры, но при приложении достаточной силы способен растягиваться до пяти раз своей первоначальной длины, не ломаясь. Более того, после растяжения материал можно вернуть в исходную форму, применив тепло».

Процесс создания стекловидных гелей удивительно прост

Команда NC State начала с жидких прекурсоров для традиционных стеклоподобных полимеров, используемых для производства пластиковых бутылок и других твёрдых пластиков, и смешала их с ионной жидкостью. По словам Дики, ионная жидкость представляет собой основной растворитель, подобный воде, но состоящий исключительно из ионов.

«Обычно, когда добавляется растворитель к полимеру, он раздвигает полимерные цепи, делая полимер мягким и эластичным. Например, влажная контактная линза гибкая, а сухая – нет», — объяснил Дики. В стекловидных гелях происходит обратное: растворитель раздвигает молекулярные цепи в жидком полимере, создавая материал, похожий на гель, но ионы в растворителе сильно притягиваются к полимеру, не давая цепям двигаться, что делает материал жёстким, как стекло. Таким образом, получается материал, сочетающий лучшие качества обоих классов.

Полученную смесь заливают в форму и подвергают воздействию ультрафиолетового (УФ) света. УФ-лучи «закрепляют» материал, превращая его в стекловидный гель. Учёные также утверждают, что этот процесс можно использовать в 3D-принтерах для создания изделий из стекловидного геля.

«Создание стекловидных гелей – это простой процесс, который можно выполнить, закрепляя материал в любой форме или используя 3D-печать», — отметил Дики. Простота создания делает материал не только универсальным, но и, возможно, более дешёвым по сравнению с современными промышленными методами.

Новый материал обладает многочисленными уникальными и ценными свойствами

Исследователи утверждают, что их стекловидные гели обладают рядом уникальных и ценных свойств. Например, благодаря высокому содержанию воды, они значительно более электрически проводящие, чем большинство твёрдых полимеров.

«Главное отличие стекловидных гелей заключается в том, что они более чем на 50% состоят из жидкости, что делает их более эффективными проводниками электричества, чем обычные пластики с аналогичными физическими характеристиками», — пояснила Мэйсян Ван, соавтор исследования и постдокторант в NC State.

Учёные также отмечают, что поверхность стекловидных гелей обладает высокой адгезией, что необычно для твёрдых материалов. При этом причины такой адгезии пока не ясны.

«Возможно, самая интригующая характеристика стекловидных гелей — это их клейкость», — говорит Дики. «Мы понимаем, что делает их твёрдыми и растяжимыми, но можем только предполагать, что делает их такими липкими».

Интересно и то, что несмотря на содержание до 60% воды, стекловидные гели не высыхают и не испаряются.

«Учитывая количество уникальных свойств, которыми они обладают, мы оптимистично настроены относительно полезности этих материалов», — отметил Ван.

Исследование опубликовано в журнале Nature . Команда NC State планирует исследовать другие полимерные прекурсоры, чтобы определить, какие из них совместимы с созданием стекловидных гелей, а какие нет. Особый интерес представляют полимеры с зарядом или полярные, поскольку они притягиваются к ионной жидкости.