Разработка передовых материалов BTS, устойчивых к температурам и длительным срокам эксплуатации.

20 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Тамараси Джевандара, Phys.org

Ученые-материаловеды часто вдохновляются природой и поэтому используют биологические соединения в качестве подсказок для разработки современных материалов. Можно имитировать молекулярную структуру и функциональные мотивы в искусственных материалах, чтобы предложить основу для множества функций. В новом отчете в журнале Science Advances Тэ Хён Ким и исследовательская группа из Калифорнийского технологического института и Передового технологического института Samsung в США и Южной Корее создали гибкий биомиметический термочувствительный полимер, сокращенно BTS, который они разработали для имитировать динамику ионного транспорта пектина; компонент стенки растительной клетки.

Исследователи использовали универсальную синтетическую процедуру и разработали свойства полимера, чтобы он был эластичным, гибким и растягивающимся по своей природе. Гибкий полимер превзошел современные материалы для измерения температуры, такие как оксид ванадия. Несмотря на механические деформации, материал, интегрированный в термодатчик, показал высокую чувствительность и стабильную работу при температуре от 15° до 55° Цельсия. Свойства гибкого полимера BTS сделали его подходящим для картирования изменений температуры в пространстве-времени и облегчения широкополосного инфракрасного фотодетектирования, актуального для различных приложений.

Органические электронные материалы являются конкурентоспособной альтернативой традиционной микроэлектронике на основе кремния благодаря своей экономичности и многофункциональности. Ученые-материаловеды стремятся адаптировать свойства таких материалов на молекулярном уровне для широкого спектра сенсорных применений для носимых и имплантируемых устройств с особыми характеристиками, такими как гибкость и эластичность. В настоящее время растет спрос на полностью органические электронные устройства, изготовленные из различных мягких и активных материалов. Например, органические термодатчики подходят для удаленного здравоохранения и робототехники, хотя и с ограничениями.

Поэтому исследователи стремились разработать органические материалы с высокой термочувствительностью и гибкостью, используя относительно простой каркас, посредством недавних исследований пектина; компонент клеточной стенки растений, состоящий из структурно и функционально сложного полисахарида. Поскольку устройства, разработанные с использованием пектина в качестве чувствительного элемента, структурно нестабильны, Ким и его коллеги представили новый гибкий биомиметический термочувствительный полимер (BTS), биоинспирированный структурными и функциональными мотивами пектина. Исследователи использовали универсальный метод живой радикальной полимеризации для создания структур с присущей им механической стабильностью и гибкостью, подходящих для органических электронных материалов.

Ученые создали архитектуру полимера, сократив сложную структуру пектина до более простой основной цепи с помощью комплекса яичной коробки и добавив полимеру механическую стабильность. Команда проверила структурные компоненты блок-сополимера с помощью гель-проникающей хроматографии и измерений ядерного магнитного резонанса. Команда добавила ионы двухвалентного кальция в раствор гибкого полимера BTS, чтобы выявить сеть ионных поперечных связей.

Они наблюдали за процессом с помощью инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием ослабленного полного отражения, чтобы понять поведение формирования пленки, где характерные пики указывали на структуру разработанного полимера. Они варьировали концентрацию ионов для дальнейшего изучения функциональности пленки.