Er is een zelfhelend detectiemateriaal gemaakt

Het nieuwe materiaal kan worden gebruikt voor protheses en voor de ontwikkeling van elektronische apparaten.

Wetenschappers proberen al jaren een materiaal te creëren dat de menselijke huid nabootst, dezelfde eigenschappen heeft en vergelijkbare functies vervult. De belangrijkste eigenschappen van de huid die wetenschappers proberen na te bootsen, zijn gevoeligheid en herstelvermogen. Dankzij deze eigenschappen stuurt de menselijke huid signalen naar de hersenen over temperatuur en druk en dient het als een beschermende barrière tegen irriterende stoffen uit de omgeving.

Dankzij nauwgezet werk is het team van Zhenan Bao, hoogleraar chemische technologie aan de Stanford University, er voor het eerst in geslaagd een materiaal te creëren dat deze twee eigenschappen combineert.

In de afgelopen tien jaar zijn er talloze voorbeelden van "kunstmatige huid" gemaakt, maar zelfs de meest geavanceerde hadden ernstige nadelen. Sommige vereisen hoge temperaturen om te "genezen", waardoor ze niet geschikt zijn voor dagelijks huishoudelijk gebruik. Andere worden gerestaureerd bij kamertemperatuur, maar tijdens de restauratie verandert hun mechanische of chemische structuur, waardoor ze in feite wegwerpbaar zijn. Maar het allerbelangrijkste: geen van deze materialen was een goede geleider van elektriciteit.

Zhenan Bao en zijn collega's hebben een grote stap voorwaarts gezet in deze richting en zijn er voor het eerst in geslaagd de zelfherstellende eigenschappen van een plastic polymeer en de elektrische geleidbaarheid van een metaal in één materiaal te combineren.

De wetenschappers begonnen met een plastic dat bestond uit lange ketens van moleculen, verbonden door waterstofbruggen. Dit is een vrij zwakke verbinding tussen het positief geladen deel van het ene atoom en het negatief geladen deel van het volgende. Deze structuur zorgde ervoor dat het materiaal zichzelf effectief kon herstellen na invloeden van buitenaf. De moleculen breken vrij gemakkelijk af, maar verbinden zich vervolgens weer in hun oorspronkelijke vorm. Het resultaat was een flexibel materiaal dat de wetenschappers vergeleken met toffee die in de koelkast lag.

Wetenschappers voegden microdeeltjes nikkel toe aan dit elastische polymeer, wat de mechanische sterkte van het materiaal verhoogde. Bovendien verhoogden deze deeltjes de elektrische geleidbaarheid: stroom wordt gemakkelijk van het ene microdeeltje naar het andere geleid.

Het resultaat voldeed aan alle verwachtingen. "De meeste kunststoffen zijn goede isolatoren, maar wij kregen een uitstekende geleider", vatte Zhenan Bao samen.

De wetenschappers testten vervolgens het herstelvermogen van het materiaal. Ze sneden een klein stukje van het materiaal doormidden met een mes. Door de twee resulterende delen lichtjes tegen elkaar te drukken, ontdekten de onderzoekers dat het materiaal 75% van zijn oorspronkelijke sterkte en elektrische geleidbaarheid had teruggekregen. Een half uur later had het materiaal zijn oorspronkelijke eigenschappen volledig teruggekregen.

"Zelfs de menselijke huid heeft een paar dagen nodig om te herstellen. Dus ik denk dat we een behoorlijk goed resultaat hebben bereikt", aldus Bao's collega Benjamin Chi Kion Tee.

Het nieuwe materiaal heeft ook de volgende test - 50 snijherstelcycli - met succes doorstaan.

De onderzoekers gaan het daar niet bij laten. In de toekomst willen ze de nikkeldeeltjes in het materiaal beter benutten, omdat ze het niet alleen sterker maken en de elektrische geleidbaarheid verbeteren, maar ook het zelfherstellende vermogen verminderen. Door kleinere metaaldeeltjes te gebruiken, zou het materiaal nog effectiever kunnen worden.

Door de gevoeligheid van het materiaal te meten, ontdekten de wetenschappers dat het druk kan detecteren en erop kan reageren met de kracht van een handdruk. Daarom zijn Bao en zijn team ervan overtuigd dat hun uitvinding toepasbaar is in protheses. Bovendien zijn ze van plan hun materiaal zo dun en transparant mogelijk te maken, zodat het gebruikt kan worden voor het coaten van elektronische apparaten en hun schermen.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]