Este material eletrônico elástico endurece com o impacto como um “oobleck”

Mais Zoom / Este material flexível e condutor possui “resistência adaptativa”, o que significa que se torna mais forte quando atingido.

Yu (Jéssica) Wang

Os cientistas estão ansiosos para desenvolver novos materiais para eletrônicos vestíveis leves, flexíveis e acessíveis, para que um dia deixar cair nossos smartphones não cause danos irreparáveis. Uma equipe da Universidade da Califórnia, Merced, fez filmes de polímeros condutores que na verdade se tornam mais rígidos em resposta ao impacto, em vez de se desintegrarem, assim como a mistura de amido de milho e água nas quantidades certas produz uma pasta que é fluida quando agitada lentamente, mas endurece quando perfurada. (ou seja, “oobleck”). ). Eles descreveram seu trabalho em uma palestra na reunião desta semana da American Chemical Society, em Nova Orleans.

“A eletrônica baseada em polímeros é muito promissora”, disse De Wu, pesquisador de pós-doutorado em ciência de materiais na UCLA. “Queremos tornar a eletrônica de polímeros mais leve, mais barata e mais inteligente. [With our] Sistema, [the polymers] Pode ficar mais rígido e forte quando você faz um movimento repentino, mas é flexível quando você faz seus movimentos de rotina diária. Eles não são constantemente rígidos nem constantemente flexíveis. Eles apenas respondem ao movimento do seu corpo.”

Como mencionado anteriormente, fazer oobleck é simples e fácil. Misture uma parte de água com duas partes de amido de milho, adicione um pouco de corante alimentar para se divertir e você terá o Oobleck, que se comporta como líquido ou sólido, dependendo da quantidade de pressão aplicada. Mexa lenta e continuamente enquanto estiver líquido. Bata com força e ele ficará mais sólido sob seu punho. É um exemplo clássico de fluidos não newtonianos.

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em Líquido perfeitoA viscosidade depende em grande parte da temperatura e da pressão: a água continuará a fluir independentemente de outras forças que atuem sobre ela, como agitação ou mistura. Em fluidos não newtonianos, a viscosidade muda em resposta a uma pressão aplicada ou força de cisalhamento, cruzando assim os limites entre o comportamento do fluido e do sólido. Mover um copo d'água produz uma força de cisalhamento e a tesoura de água sai do caminho. A viscosidade permanece inalterada. Mas para fluidos não newtonianos, como o opaco, a viscosidade muda quando a força de cisalhamento é aplicada.

O ketchup, por exemplo, é um fluido não newtoniano com grande espessura, o que é um dos motivos pelos quais atingir o fundo da garrafa não faz o ketchup sair mais rápido; A aplicação de força aumenta a viscosidade. Iogurte, caldo, lama e pudim são outros exemplos. E Oobleck também. (O nome vem do livro infantil de 1949 do Dr. Seuss, Bartolomeu e Oobleck.) Em contraste, a tinta anti-gotejamento exibe um efeito de “afinamento por cisalhamento”, pode ser facilmente removida com pincel, mas torna-se mais viscosa quando aplicada na parede. No ano passado, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts Ele confirmou que O atrito entre as partículas foi crucial na transição do líquido para o sólido, determinando o ponto de viragem quando o atrito atinge um determinado nível e a viscosidade aumenta repentinamente.

Wu trabalha no laboratório do cientista de materiais Yu (Jessica) Wang, que decidiu tentar imitar o comportamento de espessamento de cisalhamento do oobleck em um material polimérico. A eletrônica de polímero flexível é normalmente feita ligando polímeros condutores conjugados, que são longos e finos, como espaguete. Mas estes materiais ainda se decomporão em resposta a impactos particularmente grandes e/ou rápidos.

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Então Wu e Wang decidiram combinar os polímeros semelhantes a espaguete com moléculas mais curtas de polianilina e poliestireno sulfonato poli (3,4-etilenodioxitiofeno), ou PEDOT: PSS, quatro polímeros diferentes ao todo. Dois dos quatro têm carga positiva e dois têm carga negativa. Eles usaram essa mistura para fazer filmes extensíveis e depois testaram as propriedades mecânicas.

Os filmes se comportam de maneira muito semelhante ao oobleck, deformando-se e esticando-se em resposta ao impacto, em vez de se desintegrarem. Wang comparou a estrutura a uma grande tigela de espaguete e almôndegas, porque as moléculas carregadas positivamente não gostam de água e, portanto, agrupam-se em estruturas microscópicas semelhantes a bolas. Ela e Wu sugerem que essas microestruturas absorvem a energia da colisão e se achatam sem se desintegrar. Não é preciso muito PEDOT:PSS para obter esse efeito: apenas 10% foram suficientes.

Experimentos adicionais identificaram um aditivo mais eficaz: nanopartículas de 1,3-propandiamina com carga positiva. Essas partículas podem enfraquecer as interações do polímero “almôndega” o suficiente para que possam se deformar ainda mais em resposta aos impactos, ao mesmo tempo que fortalecem as interações entre os polímeros longos e reticulados, semelhantes a espaguete.

O próximo passo é aplicar seus filmes de polímero em eletrônicos vestíveis, como pulseiras e sensores de relógios inteligentes, bem como em eletrônicos flexíveis para monitoramento de saúde. O laboratório de Wang também experimentou uma nova versão do material que seria compatível com a impressão 3D, abrindo mais oportunidades. “Há uma série de aplicações potenciais e estamos entusiasmados em ver aonde esta nova propriedade não convencional nos levará.” Wang disse.

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