Новости химической науки > Золотое касание делает полиуретан проводимым

Упаковка золотых наночастиц в полиуретан превращает полимер в электрический проводник, который может растягиваться более чем в два раза в сравнении со своим исходным размером.

Новый материал мог бы найти применение в гибкой электронике и медицинских имплантантах, то есть там, где ценится сочетание способности к растяжению и электропроводности. Исследователи сообщают, что материал также отличается износоустойчивостью. Его электропроводность не уменьшается даже после 10000 растяжений.

Николас А. Котов (Nicholas A. Kotov) – инженер-химик из Мичиганского университета в городе Энн-Арбор, возглавляющий проект по разработке нового материала, объясняет, что эластичный токопроводящий полимер не так то просто найти. Котов поясняет, что это связано с тем, что для полимеров эти свойства являются взаимоисключающими. Растяжение увеличивает расстояние между токопроводящими элементами полимера, таким образом, понижая электропроводность. В свою очередь добавление токопроводящих элементов в полимерную матрицу приводит к тому, что полимер становится жестким и менее склонным к растяжению.

Рисунок из Nature 2013, DOI: 10.1038/nature12401

Для решения этой проблемы Котов с коллегами предпринял попытку поместить наночастицы золота в полимер. По его словам, предыдущие опыты использования наночастиц для создания токопроводящих пленок не привели к появлению высокоэффективных материалов. Это связано с тем, что вокруг наночастиц часто существовала изоляционная оболочка, которая препятствовала эффективному переносу заряда между ними. Поэтому ученые вместо наночастиц с толстой органической оболочкой решили использовать наночастицы с очень тонкими оболочками, сделанными из цитрата.

Наночастицы золота придали полиуретану электропроводность, сохранив его высокую эластичность. В поисках причины этого явления ученые изучили новый материал с помощью электронно-сканирующего микроскопа и просвечивающего электронного микроскопа. То, что они обнаружили, приятно поразило их. Во время растяжения полимерного материала наночастицы обратимо организуются в токопроводящие структуры наподобие цепочек. Изучение в корне изменило представление о том, что такой тип организации может реализоваться только в жидкой среде.

Кристофер Б. Мюррей (Christopher B. Murray), специалист по материаловедению из Пенсильванского университета, отмечает, что создание электронного компонента способного гнуться, скручиваться и растягиваться, являлось сложной задачей. Мюррей подчеркивает, что результаты работы наводят на размышления о большем количестве систем, построенных на эластичной основе или которые будут способны подвергаться изгибу и скручиванию.

Источник: Nature 2013, DOI: 10.1038/nature12401

метки статьи: #нанотехнологии, #новые материалы, #химия полимеров