Itse parantava herkkä materiaali luotiin

Uutta materiaalia voidaan käyttää protetiikkaan sekä sähköisten laitteiden luomiseen.

Tutkijat ovat yrittäneet luoda materiaalia, joka imitoi ihmisen ihoa monta vuotta, oli samat ominaisuudet ja voinut suorittaa tällaisia tehtäviä. Ihmisen tärkeimmät ominaisuudet, joita tutkijat yrittävät luoda, ovat herkkyys ja kyky parantua. Näiden ominaisuuksien ansiosta ihmis iho lähettää signaaleja aivoihin lämpötilan ja paineen suhteen ja toimii suojaavana esteenä ärsyttäville ympäristölle.

Kemiantekniikan professorin Stanfordin yliopiston Chengdu Bao -ryhmä ensimmäistä kertaa onnistuneen työn tuloksena onnistui luomaan materiaalin, joka yhdistää nämä kaksi ominaisuutta.

Viimeisten kymmenen vuoden aikana on syntynyt monia näytteitä "keinotekoisesta nahasta", mutta jopa kaikkein kehittyneimmillä oli erittäin vakavia haittoja. Jotkut niistä vaativat "lämpöä" "parantamaan", mikä tekee heidän jokapäiväisestä käytöksestään jokapäiväisissä olosuhteissa mahdotonta. Toiset palautetaan huoneenlämmössä, mutta kun ne palautetaan, niiden mekaaninen tai kemiallinen rakenne muuttuu, mikä tekee niistä käytännössä kertakäyttöisiä. Mikä tärkeintä, mikään näistä materiaaleista ei ollut hyvä sähkönjohtaja.

Zhang Bao ja hänen kollegansa onnistuivat tekemään suuren askeleen eteenpäin tähän suuntaan ja ensimmäistä kertaa yhdistämään yhdeksi materiaaliksi muovipolymeerin itsensä paraneminen ja metallin sähkönjohtavuus.

Tutkijat alkoivat muoveilla, jotka koostuivat vetysidosten kytketyistä molekyylistä pitkäketjuista. Tämä on melko heikko yhteys yhden atomin positiivisesti varautuvan alueen ja seuraavan negatiivisesti varautuneen alueen välillä. Tämä rakenne mahdollisti materiaalin tehokkaan korjaamisen ulkoisen iskun jälkeen. Molekyylit yksinkertaisesti romahtavat, mutta sitten yhdistetään uudelleen alkuperäisessä muodossaan. Tuloksena saatiin joustava materiaali, jonka tutkijat vertailivat vasemmanpuoleiseen jääkaapin iris.

Tälle joustavalle polymeerille tutkijat lisäsivät nikkelimikropartikkeleita, jotka lisäsivät materiaalin mekaanista lujuutta. Lisäksi nämä hiukkaset ovat lisänneet sähkönjohtavuuttaan: virta on helppo kuljettaa yhdestä mikropartikkelista toiseen.

Tulos täytti kaikki odotukset. "Suurin osa muoveista on hyviä eristeitä, ja meillä on erinomainen kapellimestari", totesi Zheng Bao.

Sitten tutkijat testasivat aineen kykyä toipua. Ne puolittivat pienen osan materiaalia veitsellä. Molemmat muotoiset osat painettiin kevyesti toisiinsa, tutkijat havaitsivat, että materiaali toipui alkuperäisen lujuutensa ja sähkönjohtavuutensa 75%. Puolen tunnin kuluttua materiaali palautti täysin alkuperäiset ominaisuudet.

"Jopa ihmisen iho kestää muutaman päivän parantua, joten uskon, että olemme saavuttaneet erittäin hyvän tuloksen", sanoi Bao Benjaminin kollega Chi Kion Tee.

Uusi materiaali menestyi onnistuneesti seuraavalla testillä - 50 sykliä viillon ja talteenoton.

Tutkijat eivät asu tässä. Tulevaisuudessa ne haluavat käyttää tehokkaammin nikkelihiukkasia materiaaliin, koska ne paitsi vahvistavat ja parantavat sähkönjohtavuutta, mutta myös vähentävät kykyä itse korjata. Pienempien metallihiukkasten käyttö voi tehdä materiaalista jopa tehokkaamman.

Materiaalin herkkyyden mittaaminen, tutkijat havaitsivat, että se kykenee havaitsemaan ja reagoimaan painetta kohtaan kättelyn voimalla. Koska Bao ja hänen tiiminsä ovat vakuuttuneita siitä, että keksintöä voidaan käyttää proteesien raajoissa. Lisäksi he aikovat tehdä materiaalin mahdollisimman ohut ja läpinäkyvä, jotta niitä voidaan käyttää elektronisten laitteiden ja niiden näyttöjen peittämiseen.

[1], [2], [3]