Er is een zelfherstellend, gevoelig materiaal gemaakt

Het nieuwe materiaal kan worden gebruikt in prothesen, maar ook bij het maken van elektronische apparaten.

Wetenschappers hebben geprobeerd om materiaal te creëren dat jarenlang de menselijke huid imiteerde, dezelfde kenmerken had en dergelijke functies kon uitvoeren. De belangrijkste eigenschappen van de huid die wetenschappers proberen te creëren, zijn gevoeligheid en het vermogen om te helen. Vanwege deze eigenschappen stuurt de menselijke huid signalen naar de hersenen over temperatuur en druk en dient als een beschermende barrière tegen irriterende stoffen in de omgeving.

Het team van hoogleraar Chemical Engineering Stanford University, Chengdu Bao als resultaat van nauwgezet werk heeft voor het eerst een materiaal weten te maken dat deze twee kwaliteiten combineert.

In de afgelopen tien jaar zijn er veel voorbeelden van "kunstleer" gemaakt, maar zelfs de meest geavanceerde hebben ernstige nadelen. Sommigen van hen hebben "warmte" nodig om te 'helen', wat hun dagelijks gebruik in alledaagse omstandigheden onmogelijk maakt. Anderen worden hersteld bij kamertemperatuur, maar wanneer ze worden hersteld, verandert hun mechanische of chemische structuur, waardoor ze in feite wegwerpbaar zijn. Maar het belangrijkste was dat geen van deze materialen een goede geleider van elektriciteit was.

Zhang Bao en zijn collega's slaagden erin een grote stap voorwaarts in deze richting te maken en voor de eerste keer in één materiaal de zelfgenezing van het plastic polymeer en de elektrische geleidbaarheid van het metaal te combineren.

Wetenschappers begonnen met kunststoffen, die bestond uit lange ketens van moleculen verbonden door waterstofbruggen. Dit is een nogal zwakke verbinding tussen het positief geladen gebied van het ene atoom en het negatief geladen gebied van het volgende. Dankzij deze structuur kon het materiaal na een externe impact effectief zichzelf repareren. Moleculen vallen eenvoudigweg in elkaar, maar maken dan opnieuw verbinding in hun oorspronkelijke vorm. Als resultaat werd een flexibel materiaal verkregen, dat wetenschappers vergeleken met links in de koelkast iris.

Aan dit veerkrachtige polymeer voegden wetenschappers nikkelen microdeeltjes toe, die de mechanische sterkte van het materiaal verhoogden. Bovendien hebben deze deeltjes de elektrische geleidbaarheid verhoogd: de stroom kan gemakkelijk van het ene microdeeltje naar het andere worden getransporteerd.

Het resultaat voldeed aan alle verwachtingen. "De meeste kunststoffen zijn goede isolatoren en we hebben een uitstekende geleider", besluit Zheng Bao.

Toen testten de wetenschappers het herstelvermogen van het materiaal. Ze hebben een klein stuk materiaal half met een mes afgesneden. Door de twee gevormde delen licht op elkaar te drukken, ontdekten de onderzoekers dat het materiaal zijn oorspronkelijke sterkte en elektrische geleidbaarheid met 75% herstelde. Een half uur later herstelde het materiaal zijn oorspronkelijke eigenschappen volledig.

"Zelfs de menselijke huid duurt een paar dagen om te genezen, dus ik denk dat we een heel goed resultaat hebben behaald", zei collega Bao Benjamin Chi Kion Tee.

Nieuw materiaal geslaagd voor de volgende test - 50 cycli van incisieherstel.

De onderzoekers zullen hier niet verder op ingaan. In de toekomst willen ze een efficiënter gebruik van nikkeldeeltjes in het materiaal realiseren, omdat ze het niet alleen sterk maken en de elektrische geleidbaarheid verbeteren, maar ook het vermogen om zichzelf te repareren verminderen. Het gebruik van kleinere metaaldeeltjes kan het materiaal nog efficiënter maken.

Met het meten van de gevoeligheid van het materiaal, ontdekten de wetenschappers dat het in staat is om te detecteren en te reageren op druk met de kracht van de handdruk. Omdat Bao en zijn team er vertrouwen in hebben dat hun uitvinding kan worden gebruikt in prothetische ledematen. Bovendien gaan ze hun materiaal zo dun en transparant mogelijk maken, zodat het kan worden gebruikt om elektronische apparaten en hun schermen te bedekken.

[1], [2], [3]