اختراع یک ماده رسانا که هر چه بیشتر به آن ضربه بزنید سخت تر می شود

به لطف تحقیقات جدید تیمی از محققان در دانشگاه کالیفرنیا، مرسدس، دستگاه‌های پوشیدنی و حسگرهای الکترونیکی می‌توانند روزی از ماده‌ای ساخته شوند که هنگام ضربه یا کشیدن سخت می‌شود. این توانایی که به «سختی تطبیقی» معروف است از نظر علم مادی ویژگی بسیار مهمی به شمار می رود. دوام تطبیقی ​​به معنای محافظت در برابر آسیب و استرس حتی در شرایط سخت است.

این ماده جدید در واقع از نشاسته ذرت مورد استفاده در آشپزی الهام گرفته شده است که می توان آن را با افزودن آب مخلوط کرد. مخلوط نشاسته ذرت، بر خلاف ماسه مرطوب، که ویسکوزیته ثابتی هم هنگام مخلوط شدن و هم تحت فشار دارد، در صورت هم زدن آهسته به عنوان مایع عمل می کند و در هنگام ضربه به عنوان جامد عمل می کند.

وقتی نشاسته ذرت را به آرامی ورز می‌دهید، ذرات ریز یکدیگر را دفع می‌کنند و باعث می‌شوند مانند یک مایع عمل کنند. اما اگر سریع به آن ضربه بزنید، تماس ذرات موجود باعث اصطکاک بین آنها می شود و به عنوان نوعی ماده جامد رفتار می کند. این تفاوت در رفتار به دلیل اندازه ذرات موجود در نشاسته ذرت است.

محققان می خواستند دریابند که آیا می توانند همان نتایج را از نوعی ماده پلیمری به دست آورند. برای رسیدن به این هدف، تیم تحقیقاتی کار خود را با پلیمرهای مزدوج آغاز کردند. این نوع پلیمرها با خواص ویژه خود به مواد کمک می کنند تا در حین رسانایی الکتریسیته نسبتاً نرم و انعطاف پذیر باقی بمانند. این مواد را می توان از ترکیبات مختلفی از مولکول ها تهیه کرد.

در مطالعه خود، محققان مولکول های بلند پلی (2-اکریلامیدو-2-متیل پروپان سولفونیک اسید)، مولکول های کوتاه پلی آنیلین و نوعی هادی بسیار کارآمد (3،4-اتیلن دی اکسی تیوفن) پلی استایرن سولفونات (PEDOT:PSS) را ترکیب کردند. اگر با این نام ها آشنا نیستید، نگران نباشید. تنها چیزی که باید بدانید این است که این ترکیب باعث ایجاد یک لایه نازک می شود که در اثر ضربه سریع تغییر شکل می دهد یا کشیده می شود.

به گفته محققان، انتخاب دو پلیمر با بار مثبت و دو پلیمر با بار منفی، ماده ای با ساختار بسیار کوچک مانند کوفته های کوچک در یک کاسه مخلوط اسپاگتی ایجاد کرد. این کوفته ها بدون جدا شدن کامل، علاوه بر جذب ضربه های ناشی از ضربه، مواد و رسانایی آن را حفظ می کنند.

آزمایش‌های بیشتر نشان داد که افزودن نانوذرات 1،3-دی‌آمینوپروپان، علاوه بر افزایش استحکام، توپ‌های کوچک را نیز اندکی ضعیف‌تر کرد. بنابراین، این مواد ضمن تقویت رشته های اسپاگتی در اطراف کوفته ها، می تواند ضربه های بزرگ تری به خود بگیرد و یکپارچگی خود را حفظ کند.

توضیحات ارائه شده پیچیده و فنی هستند. اما اگر بتوان ماده جدید را در مقیاس بزرگ تولید کرد، برنامه هایی برای آن در خارج از آزمایشگاه وجود خواهد داشت. بند ساعت هوشمند، حسگرهای پوشیدنی و مانیتورهای سلامتی که برای اندازه‌گیری سلامت قلب و عروق یا سطح گلوکز استفاده می‌شوند، نمونه‌هایی از کاربردهای پیشنهاد شده توسط تیم تحقیقاتی هستند.

پروتزهای الکترونیکی سفارشی یکی دیگر از موارد استفاده بالقوه است که محققان قبلا آن را آزمایش کرده اند. در نهایت، می توان از این ماده همه کاره برای پرینت سه بعدی اندام های مصنوعی استفاده کرد. معرفی مواد جدید یادآور پتانسیل دیگری برای کشف مواد جدید و بهبود مواد موجود است و نشان می‌دهد که چگونه چنین موادی می‌توانند آینده ما را تغییر دهند، از دستگاه‌هایی که استفاده می‌کنیم تا لباس‌هایی که می‌پوشیم.

یو وانگاین دانشمند مواد می گوید: «تعدادی از کاربردهای بالقوه وجود دارد و ما هیجان زده هستیم که ببینیم این ویژگی جدید غیرمعمول ما را به کجا می برد.

نتایج این تحقیق در نشست بهار 2024 انجمن شیمی آمریکا ارائه شد.