(Phys.org) - Forskare har tillverkat en flexibel elektrisk krets som, när den skärs i två bitar, kan reparera sig själv och helt återställa sin ursprungliga konduktivitet. Kretsen är gjord av en ny gel som har en kombination av egenskaper som vanligtvis inte ses tillsammans:hög konduktivitet, flexibilitet, och självläkning vid rumstemperatur. Gelen kan eventuellt erbjuda självläkning för en mängd olika applikationer, inklusive flexibel elektronik, mjuk robotik, konstgjorda skinn, biomimetiska proteser, och energilagringsenheter.

Forskarna, ledd av Guihua Yu, en biträdande professor vid University of Texas i Austin, har publicerat ett papper om den nya självläkande gelén i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .

Den nya gelens egenskaper härrör från dess hybridkomposition av två geler:en supramolekylär gel, eller 'supergel', injiceras i en ledande polymerhydrogelmatris. Som forskarna förklarar, denna "gäst-till-värd" -strategi gör det möjligt att kombinera de kemiska och fysiska egenskaperna hos varje komponent.

Supergel, eller "gästen, "ger den självläkande förmågan på grund av dess supramolekylära kemi. Som en supramolekylär sammansättning, den består av stora molekylära subenheter snarare än enskilda molekyler. På grund av sin stora storlek och struktur, sammansättningen hålls samman av mycket svagare interaktioner än normala molekyler, och dessa interaktioner kan också vara reversibla. Denna reversibilitet är det som ger supergeln dess förmåga att fungera som ett "dynamiskt lim" och sätta ihop sig själv igen.

Under tiden, den ledande polymerhydrogeln, eller "värden, "bidrar till konduktiviteten på grund av dess nanostrukturerade 3D -nätverk som främjar elektrontransport. Som ryggraden i hybridgelén, hydrogelkomponenten förstärker också dess styrka och elasticitet. När supergel injiceras i hydrogelmatrisen, den sveper runt hydrogeln på ett sådant sätt att den bildar ett andra nätverk, ytterligare stärka hybridgelén som helhet.

I deras experiment, forskarna tillverkade tunna filmer av hybridgelén på flexibla plastsubstrat för att testa deras elektriska egenskaper. Testerna visade att konduktiviteten är bland de högsta värdena för konduktiva hybridgeler, och upprätthålls på grund av den självläkande egenskapen även efter upprepad böjning och sträckning. Forskarna visade också att när en elektrisk krets tillverkad av hybridgelén bryts, det tar ungefär en minut för kretsen att självläka och återställa sin ursprungliga konduktivitet. Gelen läker sig själv även efter att ha skurits flera gånger på samma plats.

Forskarna förklarade att det ledande självläkande materialet har en mängd olika tillämpningar.

"Den ledande självläkande gelén som vi utvecklat kan appliceras på många tekniska områden, från flexibel/töjbar elektronik, konstgjorda skinn, energilagrings- och konverteringsanordningar, till biomedicinsk utrustning, "Sa du Phys.org . "Till exempel, gelén kan potentiellt användas i implanterbara biosensorer som flexibla men självläkbara elektroder, säkerställa hållbarheten hos dessa enheter. Och i energianordningar, till exempel, gelén kan fungera som bindemedel för avancerade batterielektroder i högdensitets litiumjonbatterier där elektroder med hög kapacitet kan uppleva betydande volymförändringar. "

Forskarna hoppas också att genom att kombinera supramolekylär kemi och polymer nanovetenskap, de resulterande hybridgelerna kan ge en användbar strategi för att designa nya självläkande material.

"Vi planerar att undersöka de grundläggande mekanismerna för supramolekylära gelers självläkande egenskaper och för att bättre förstå hur olika nyckelfaktorer, såsom olika metalljoner, molekylernas geometrier, och interaktionerna mellan supramolekylen och olika lösningsmedel, påverka de självläkande egenskaperna, "Sa Yu." En djupare grundläggande förståelse gör att bättre material kan utvecklas. Under tiden, ur en mer "praktisk tillämpning" synvinkel, vissa forskningsinsatser (tillsammans med våra medarbetare) kommer att ägnas åt att utveckla skalbara syntetiska strategier för supramolekyler och självläkande hybridgeler med ännu bättre mekanisk styrka och elasticitet, för potentiella tillämpningar av dessa självläkande geler inom olika teknikområden. "

© 2015 Phys.org