Kürzlich haben Forscher des Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Prof. Tian Xingyou und Prof. Zhang Xian zusammen mit dem außerordentlichen Prof. Yang Yanyu vom College of Materials Science and Engineering der Universität Zhengzhou zusammengearbeitet verwendeten eine Gallium-Indium-Legierung (EGaIn), um die Polymerisation zu initiieren und als flexible Füllstoffe für den Aufbau eines Doppelnetzwerk-Hydrogels aus flüssigem Metall/Polyvinylalkohol (PVA)/P(AAm-co-SMA) zu dienen.
„Das resultierende Material war superdehnbar und selbstheilend“, sagte Li Xiaofei, Erstautor des Papiers, „es wird die Forschung und praktische Anwendung von Hydrogelen und Flüssigmetall in intelligenten Geräten und militärischen Bereichen fördern.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Materialhorizonte.
Die meisten leitfähigen Hydrogele weisen unterdurchschnittliche mechanische Eigenschaften auf und verfügen nicht über die wünschenswerte Fähigkeit zur Selbsterholung und Selbstheilung, was die Einsatzmöglichkeiten von Hydrogelen erheblich einschränkt. Flüssige Metalle wie die Gallium-Indium-Legierung (EGaIn) können Polymere härter machen, indem sie sich an ihre sich ändernden Formen anpassen. Außerdem kann Gallium (Ga) in EGaIn die radikalische Polymerisation des Vinylmonomers initiieren.
Im Rahmen dieser Forschung baute das Team ein Flüssigmetall/PVA/P(AAm-co-SMA)-Doppelnetzwerk-Hydrogel (LM-Hydrogel) auf, wobei EGaIn sowohl als Polymerisationsinitiator als auch als flexible Füllstoffe diente.
Das PVA-Netzwerk nutzte PVA-Mikrokristalle und die Koordinationswechselwirkung von Ga3+ und PVA als Vernetzungen, während das P(AAm-co-SMA)-Netzwerk hydrophobe Assoziation und die EGaIn-Mikrosphären nutzte. Das LM-Hydrogel war aufgrund der mehrfachen physikalischen Vernetzung mit ausgezeichneter Superdehnbarkeit (2000 %), Zähigkeit (3,00 MJ/m3), Kerbfestigkeit und Selbstheilungseigenschaften (> 99 % bei 25 °C nach 24 Stunden) ausgestattet. Verbindungen und die synergistische Wirkung des starren PVA-Mikrokristallnetzwerks und des duktilen hydrophoben P(AAm-co-SMA)-Netzwerks.
„Die dafür entwickelten Sensoren können bei der Gesundheitsüberwachung und Bewegungserkennung durch Mensch-Computer-Interaktion eingesetzt werden“, sagte Li Xiaofei, „dank der empfindlichen Dehnungserkennungsfähigkeit des LM-Hydrogels.“
Aufgrund des niedrigen Infrarot-Emissionsgrads und der bemerkenswerten Photothermie von EGaIn ist das LM-Hydrogel bei der Infrarot-Tarnung vielversprechend.
Mehr Informationen:
Xiaofei Li et al., Selbstheilendes flüssiges Metallhydrogel für die Mensch-Computer-Interaktion und Infrarot-Tarnung, Materialhorizonte (2023). DOI: 10.1039/D3MH00341H