Forskare vid Yokohama National University och University of Tokyo i Japan har designat en jongel med utmärkt seghet och en förmåga att självläka vid omgivningstemperatur utan någon yttre trigger eller detekterbar förändring i miljön såsom ljus eller temperatur. Denna nya klass av material har lovande potential för att bygga flexibla elektroniska enheter.

Jongeler har väckt stor uppmärksamhet på grund av sina unika egenskaper, inklusive låg tendens att avdunsta vid rumstemperatur, hög värmestabilitet och hög jonledningsförmåga. Forskarna visade en jongel som snabbt läker av sig själv utan några yttre stimuli vid rumstemperatur. De visar också materialets utmärkta seghet till följd av flera vätebindningar i materialet.

"Bärbara elektroniska enheter förväntas sträckas och böjas många gånger under daglig användning, sa Ryota Tamate, en motsvarande författare och en JSPS-postdoktor vid Tekniska högskolan, Yokohama National University. "Om jongelen som används i den bärbara enheten har en självläkande egenskap, det kan fixa sprickor och skador under upprepad sträckning och böjning, och förbättra enhetens hållbarhet."

Studien, publiceras i Avancerade material i juli 2018, beskriver en specifik typ av polymergel, kallad jongel, som är fylld med salter i flytande form, eller joniska vätskor. Denna jongel skapades genom att kombinera två material, eller "block" - en stöts bort av joniska vätskor medan den andra binder till väte. Tillsammans, de bildar vad som kallas en disegmentsampolymer. Kombinationen av de flytande salterna och disegmentsampolymermaterialet resulterade i en slutlig micellstruktur som är ansvarig för materialets alla önskvärda egenskaper. Blocket som stöts bort av joniska vätskor utgör kärnan, medan utsidan är sammansatt av kedjor som interagerar med varandra via flera vätebindningar.

Studien är den första demonstrationen av att införandet av vätebindning i jongeler kan resultera i materialets styrka såväl som dess förmåga att självläka i rumstemperatur.

"Självläkningsprocessen för denna jongel kan slutföras så snabbt som inom några timmar, " sa Tamate.

"Vätebindning är reversibel, och som resultat, det är en lovande interaktion som bidrar till ett materials förmåga att självläka på grund av deras reversibla natur. I den här studien, genom att justera vätebindningsstyrkan hos polymerkedjor i joniska vätskor, vi använde vätebindning som en reversibel tvärbindningspunkt för jongelen. Vidare, vi bevisade att den micellära strukturen som bildas av disegmentsampolymermaterialet avsevärt förbättrade jongelens fysiska styrka och självstående förmåga, " han lade till.

Medan flera typer av sega jongeler har rapporterats hittills, författarna skriver att det fortfarande är en stor utmaning att uppnå både självläkande förmåga och hög seghet. De rapporterar också att deras gel mekaniska och elektrokemiska egenskaper liknade de för en annars oförändrad eller oförändrad jongel. Materialets självständiga förmåga, det faktum att den kan självläka i rumstemperatur och lätt att bearbetas i lösning gör den till en lovande fast elektrolyt för framtida tillämpningar inom området flexibel elektronik – i synnerhet för att skapa självläkande elektronik.

Enligt Tamate, "För enhetsapplikationer, hållbarheten hos jongelen under olika fysiskt ansträngande förhållanden bör undersökas kvantitativt. Dessutom, eftersom föreliggande disegmentsampolymer tenderar att absorbera fukt från luften, vi skulle vilja söka andra interaktioner mellan strukturer som består av flera molekyler som är stabila i en öppen atmosfär under lång tid. Dessutom, eftersom fysikaliska egenskaper hos joniska vätskor kan ställas in i stor utsträckning genom val av katjoner och anjoner, kombinationen med olika joniska vätskor kommer att undersökas."

I sista hand, författarna skulle vilja utveckla nya funktionella jongeler som kan användas för att skapa nya enheter som är flexibla och därmed bärbara.