Wissenschaftler in China haben ein hochfestes Elastomer mit selbstheilenden Eigenschaften hergestellt. Das Polymer hat großes Potenzial im Bereich flexibler elektronischer Geräte.
In eine Studie, veröffentlicht in Polymer InternationalForscher eines Konsortiums von Universitäten in Shanghai, China, haben ein neues Elastomer auf Poly(vinylalkohol)-Basis (PVA) beschrieben, das sich nach Beschädigung selbst reparieren kann, um Form und Leistung beizubehalten. Das flexible Polymer ist eine Lösung für ein seit langem bestehendes Problem mit der Haltbarkeit flexibler elektronischer Geräte.
In den letzten Jahren hat flexible Elektronik in zahlreichen Branchen große Aufmerksamkeit erregt. Zu den potenziellen Anwendungen gehören flexible Patch-Sensoren zur Überwachung der Blutzuckerkonzentration und flexible Energiespeichergeräte für tragbare Elektronik. Derzeit ist jedoch die Langzeitstabilität solcher Materialien ein Problem, wie Dr. Zili Li, außerordentlicher Professor an der Fudan-Universität in China und korrespondierender Autor der Studie, erklärte.
Im Gespräch mit SCI sagte er: „Flexible Polymermaterialien wurden in elektronischen Geräten, insbesondere im Gesundheitswesen und in der KI-Wissenschaft, umfassend erforscht. Wir wollen die langfristige Zuverlässigkeit der Polymermatrix lösen, die aufgrund äußerer Kräfte brechen kann.“ Schäden, Korrosion oder Ermüdung während des Betriebs.“
Die Studie konzentriert sich auf die Verbesserung der Eigenschaften von PVA, einem Polymer mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, aber schlechter Dehnbarkeit und Selbstheilungsleistung aufgrund starker intramolekularer und intermolekularer Bindungen.
Mithilfe einer einstufigen Veresterungsreaktion fügten die Forscher Seitenketten an das PVA-Hauptgerüst an, um ein Pfropfpolymer zu erzeugen, und bauten anschließend Fe3+-Ionen in die Matrix ein.
Das resultierende Polymer hatte eine gute Dehnbarkeit (Bruchdehnung von 1565,0 %) und eine Selbstheilungsleistung (Selbstheilungseffizienz von 53,4 % bei Raumtemperatur) und behielt gleichzeitig hervorragende mechanische Eigenschaften bei.
Das Team testete die Leistung des Pfropfpolymers, indem es die Elastomere mit einem Netzwerk aus Silbernanodrähten überzog, um einen Dehnungssensor zu schaffen. Der resultierende Sensor zeigte eine hohe Empfindlichkeit und eine gute Selbstheilungsleistung. Die Autoren stellten fest, dass dieses Ergebnis „die breite potenzielle Anwendbarkeit der hergestellten PVA-basierten Elastomere im Gesundheitswesen, in der Elektrokardiographie und in der Sicherheitsüberwachung“ zeigt.
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Xingran Polymer International (2023). DOI: 10.1002/pi.6515
Zur Verfügung gestellt von der Society of Chemical Industry