Att ta en signal från Marvel Universe, forskare rapporterar att de har utvecklat ett självläkande polymermaterial med ett öga mot elektronik och mjuk robotik som kan reparera sig själva. Materialet är töjbart och transparent, leder joner för att generera ström och kan en dag hjälpa din trasiga smartphone att gå ihop igen.

Forskarna kommer att presentera sitt arbete idag vid American Chemical Societys (ACS) 253:e nationella möte och utställning.

"När jag var ung, min idol var Wolverine från X-Men, "Chao Wang, Ph.D., säger. "Han kunde rädda världen, men bara för att han kunde läka sig själv. Ett självläkande material, när de skärs i två delar, kan gå ihop igen som om ingenting har hänt, precis som vår mänskliga hud. Jag har forskat på att tillverka ett självläkande litiumjonbatteri, så när du tappar din mobiltelefon, den skulle kunna fixa sig själv och hålla mycket längre."

Nyckeln till självreparation ligger i den kemiska bindningen. Två typer av bindningar finns i material, Wang förklarar. Det finns kovalenta bindningar, som är starka och inte lätt reformeras när de är brutna; och icke-kovalenta bindningar, som är svagare och mer dynamiska. Till exempel, vätebindningarna som förbinder vattenmolekyler med varandra är icke-kovalenta, bryts och reformeras ständigt för att ge upphov till vattnets flytande egenskaper. "De flesta självläkande polymerer bildar vätebindningar eller metall-ligand-koordination, men dessa är inte lämpliga för jonledare, " säger Wang.

Wangs team vid University of California, Riverside, vände sig istället till en annan typ av icke-kovalent bindning som kallas en jon-dipol-interaktion, en kraft mellan laddade joner och polära molekyler. "Jon-dipol-interaktioner har aldrig använts för att designa en självläkande polymer, men det visar sig att de är särskilt lämpliga för jonledare, " säger Wang. Den viktigaste designidén i utvecklingen av materialet var att använda en polar, töjbar polymer, poly(vinylidenfluorid-sam-hexafluorpropylen), plus en mobil, joniskt salt. Polymerkedjorna är kopplade till varandra genom jon-dipol-interaktioner mellan de polära grupperna i polymeren och det joniska saltet.

Det resulterande materialet kunde sträcka sig upp till 50 gånger sin vanliga storlek. Efter att ha slitits i två materialet sys automatiskt ihop helt och hållet inom en dag.

Som ett test, forskarna genererade en "konstgjord muskel" genom att placera ett icke-ledande membran mellan två lager av jonledaren. Det nya materialet reagerade på elektriska signaler, att få rörelse till dessa konstgjorda muskler, så namnet eftersom biologiska muskler på liknande sätt rör sig som svar på elektriska signaler (även om Wangs material inte är avsedda för medicinska tillämpningar).

För nästa steg, forskarna arbetar med att förändra polymeren för att förbättra materialets egenskaper. Till exempel, de testar materialet under svåra förhållanden, som hög luftfuktighet. "Tidigare självläkande polymerer har inte fungerat bra i hög luftfuktighet, säger Wang. "Vatten kommer in där och förstör saker. Det kan förändra de mekaniska egenskaperna. Vi justerar för närvarande de kovalenta bindningarna i själva polymeren för att göra dessa material redo för verkliga tillämpningar."