En forskargrupp ledd av prof. Zhu Jin vid Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) vid Chinese Academy of Sciences (CAS) utvecklade en polyuretan med utmärkta egenskaper för töjbarhet, seghet, självläkande och till och med termisk reparation, som efterliknar de biologiska funktionerna hos mänskliga muskler. Studien publicerades i Avancerade funktionella material .

Som en allt mer värdefull gräns för nästa generation av elektroniska enheter, töjbar elektronik kan anpassa sig till mjuka och böjda former, och förväntas således spela en mer konstruktiv roll i artificiell intelligensålder och utlösa större förändringar i människors dagliga liv.

Elastomerer är inbyggda i den töjbara elektroniken och ger dem olika mekaniska egenskaper eller till och med ytterligare funktioner som självläkning för att bibehålla hållbarheten och stabiliteten hos töjbar elektronik. Dock, avvägningen mellan mekaniska egenskaper (dvs. töjbarhet och seghet) och självläkning begränsar optimeringen av de övergripande egenskaperna hos elastisk matris.

Inspirerad av de biologiska egenskaperna hos mänskliga muskler, forskarna vid NIMTE syntetiserade en polyuretan (DA-PU) för töjbar elektronik, som innehåller donator- och acceptorgrupper växelvis fördelade längs huvudkedjan för att uppnå både intra-chain och inter-chain donor-acceptor (D – A) självmontering.

På grund av skelettmuskelproteinet titin, mänskliga muskler kan utföra hundratals koncentrations-/avslappningscykler på kort tid. De intramolekylära sekundära interaktionerna av titin kan brytas reversibelt och återveckas för att återställa muskeln.

Liknande, tack vare den reversibla D – A självmonteringen, DA-PU kan utföra samma eller fler koncentrations-/avslappningscykler utan permanent deformation. D-A-självmonteringen stabiliserade nätverksstrukturen bestående av mjuka och hårda faser i polyuretan, gör det som hyperelastiskt, supertufft, och hållbara som mänskliga muskler.

I detalj, DA-PU uppvisade fantastiska mekaniska prestanda med förlängningen vid paus på 1900% och seghet på 175,9 MJ m ^-3 . Cykliska drag- och spänningsavslappningsexperiment visade sina anmärkningsvärda antitrötthets- och antistressrelaxeringsegenskaper. Även vid deformation under stor belastning eller långvarig stretch, den kan nästan helt återställas genom termisk reparation vid 60 ℃. Den självläkande hastigheten för DA-PU uppnådde 1,0–6,15 μm min ^-1 från 60 till 80 ° C, som gradvis förbättrades när temperaturen ökade.

Dessutom, forskarna tillverkade en töjbar kapacitiv sensor baserad på DA-PU, som visade anmärkningsvärd töjbarhet, anti-trötthet och självläkande egenskaper även efter kritisk deformation och avskärning.

Strategin kan belysa forskning och utveckling av en serie tuffa och självläkande elastiska material som tillämpas inom stretchbar elektronik.