Vật liệu điện tử co giãn này cứng lại khi va chạm giống như một chiếc “oobleck”

Phóng to / Vật liệu dẻo và dẫn điện này có “độ dẻo dai thích ứng”, nghĩa là nó trở nên chắc chắn hơn khi bị va đập.

Yu (Jessica) Vương

Các nhà khoa học đang mong muốn phát triển các vật liệu mới cho các thiết bị điện tử đeo được nhẹ, linh hoạt và giá cả phải chăng, để một ngày nào đó việc đánh rơi điện thoại thông minh của chúng ta sẽ không gây ra thiệt hại không thể khắc phục được. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học California, Merced, đã chế tạo được những màng polyme dẫn điện thực sự trở nên cứng hơn khi phản ứng với va chạm thay vì phân hủy, giống như việc trộn bột bắp và nước với lượng vừa phải sẽ tạo ra một hỗn hợp sệt lỏng khi được khuấy chậm nhưng cứng lại khi bị đục lỗ. (tức là “oobleck”). ). Họ đã mô tả công việc của mình trong một cuộc nói chuyện tại cuộc họp tuần này của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ ở New Orleans.

De Wu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về khoa học vật liệu tại UCLA cho biết: “Các thiết bị điện tử dựa trên polymer rất hứa hẹn. “Chúng tôi muốn làm cho thiết bị điện tử polymer nhẹ hơn, rẻ hơn và thông minh hơn. [With our] Hệ thống, [the polymers] Nó có thể trở nên cứng hơn và khỏe hơn khi bạn thực hiện một chuyển động đột ngột, nhưng nó lại linh hoạt khi bạn thực hiện các chuyển động thường ngày. Chúng không liên tục cứng nhắc cũng không liên tục linh hoạt. Chúng chỉ phản ứng với chuyển động của cơ thể bạn.”

READ  Phát hiện vật chất tối bằng máy tính lượng tử

Như đã đề cập trước đó, việc làm oobleck rất đơn giản và dễ dàng. Trộn một phần nước với hai phần bột ngô, thêm một ít màu thực phẩm cho vui và bạn đã có Oobleck, hoạt động như chất lỏng hoặc chất rắn, tùy thuộc vào lượng áp suất tác dụng. Khuấy nó từ từ và đều đặn khi nó ở dạng lỏng. Hãy đánh thật mạnh và nó sẽ trở nên rắn chắc hơn dưới nắm tay của bạn. Đó là một ví dụ kinh điển về chất lỏng phi Newton.

TRONG Chất lỏng hoàn hảoĐộ nhớt phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ và áp suất: nước sẽ tiếp tục chảy bất kể các lực khác tác động lên nó, chẳng hạn như khuấy hoặc trộn. Trong chất lỏng phi Newton, độ nhớt thay đổi theo áp suất tác dụng hoặc lực cắt, do đó vượt qua ranh giới giữa chất lỏng và chất rắn. Di chuyển một cốc nước sẽ tạo ra một lực cắt, và lực cắt của nước sẽ dịch chuyển ra khỏi đường đi. Độ nhớt không thay đổi. Nhưng đối với chất lỏng phi Newton như chất lỏng đục, độ nhớt thay đổi khi tác dụng lực cắt.

Ví dụ, sốt cà chua là một chất lỏng phi Newton có độ đặc cắt, đó là một lý do tại sao việc chạm vào đáy chai không làm cho sốt cà chua chảy ra nhanh hơn; Tác dụng lực làm tăng độ nhớt. Sữa chua, nước dùng, nước xốt và bánh pudding là những ví dụ khác. Và Oobleck cũng vậy. (Cái tên này xuất phát từ cuốn sách dành cho trẻ em năm 1949 của Tiến sĩ Seuss, Bartholomew và Oobleck.) Ngược lại, sơn không nhỏ giọt có tác dụng “làm loãng”, có thể dễ dàng lau đi nhưng khi sơn lên tường sẽ trở nên nhớt hơn. Năm ngoái, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts Anh ấy đã xác nhận rằng Ma sát giữa các hạt có vai trò quyết định trong quá trình chuyển đổi từ chất lỏng sang chất rắn, quyết định bước ngoặt khi lực ma sát đạt đến một mức nhất định và độ nhớt tăng đột ngột.

READ  NASA Perseverance Rover: Gói dây được tìm thấy trên sao Hỏa

Wu làm việc trong phòng thí nghiệm của nhà khoa học vật liệu Yu (Jessica) Wang, người đã quyết định thử bắt chước hành vi cắt dày của oobleck trong vật liệu polymer. Các thiết bị điện tử polyme dẻo thường được chế tạo bằng cách liên kết các polyme dẫn điện liên hợp, dài và mỏng, giống như sợi mì spaghetti. Nhưng những vật liệu này vẫn sẽ bị phân hủy trước những tác động đặc biệt lớn và/hoặc nhanh chóng.

Vì vậy, Wu và Wang đã quyết định kết hợp các polyme giống mì spaghetti với các phân tử polyaniline ngắn hơn và polystyrene sulfonate poly(3,4-ethylenedioxythiophene), hay PEDOT:PSS, tổng cộng là bốn loại polyme khác nhau. Hai trong số bốn vật mang điện tích dương và hai vật mang điện tích âm. Họ sử dụng hỗn hợp này để tạo ra các màng co giãn và sau đó thử nghiệm các tính chất cơ học.

Các màng này hoạt động rất giống oobleck, biến dạng và giãn ra để phản ứng với tác động hơn là tan rã. Wang ví cấu trúc này giống như một bát mì spaghetti và thịt viên lớn, vì các phân tử tích điện dương không thích nước và do đó tập hợp thành các cấu trúc cực nhỏ, giống như quả bóng. Cô và Wu cho rằng những cấu trúc vi mô này hấp thụ năng lượng của vụ va chạm và làm phẳng mà không tan rã. Không cần nhiều PEDOT:PSS để có được hiệu ứng này: chỉ 10 phần trăm là đủ.

READ  Một cơn bão mặt trời tàn phá được phát hiện trong một hệ sao gần đó có thể là một dấu hiệu cảnh báo cho sự sống trên Trái đất

Các thí nghiệm bổ sung đã xác định được một chất phụ gia hiệu quả hơn: hạt nano 1,3-propandiamine tích điện dương. Những hạt này có thể làm suy yếu các tương tác “thịt viên” polyme đủ để chúng có thể biến dạng hơn nữa khi phản ứng với các tác động, đồng thời tăng cường tương tác giữa các polyme dài, liên kết chéo, giống như sợi mì spaghetti.

Bước tiếp theo là áp dụng màng polymer của họ vào các thiết bị điện tử đeo được như dây đeo và cảm biến của đồng hồ thông minh, cũng như các thiết bị điện tử linh hoạt để theo dõi sức khỏe. Phòng thí nghiệm của Wang cũng đã thử nghiệm phiên bản mới của vật liệu tương thích với in 3D, mở ra nhiều cơ hội hơn. “Có một số ứng dụng tiềm năng và chúng tôi rất vui mừng muốn biết tính chất mới độc đáo này sẽ đưa chúng tôi đến đâu.” Vương anh ấy nói.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *