Gli scienziati della Yokohama National University e dell'Università di Tokyo in Giappone hanno progettato un gel ionico con un'eccellente tenacità e una capacità di autoripararsi a temperatura ambiente senza alcun innesco esterno o cambiamento rilevabile nell'ambiente come luce o temperatura. Questa nuova classe di materiale ha un potenziale promettente per la costruzione di dispositivi elettronici flessibili.

I gel ionici hanno attirato molta attenzione grazie alle loro proprietà uniche, compresa una bassa tendenza all'evaporazione a temperatura ambiente, elevata stabilità termica ed elevata conducibilità ionica. I ricercatori hanno dimostrato un gel di ioni che guarisce rapidamente da solo senza stimoli esterni a temperatura ambiente. Dimostrano inoltre l'eccellente tenacità del materiale derivante da molteplici legami idrogeno all'interno del materiale.

"I dispositivi elettronici indossabili dovrebbero essere allungati e piegati molte volte durante l'uso quotidiano, " disse Ryota Tamate, un autore corrispondente e un ricercatore post-dottorato JSPS presso la Graduate School of Engineering, Università Nazionale di Yokohama. "Se il gel di ioni utilizzato nel dispositivo indossabile ha una proprietà di autoriparazione, può riparare crepe e danni durante i ripetuti stiramenti e piegamenti, e migliorare la durata del dispositivo."

Lo studio, pubblicato in Materiale avanzato nel luglio del 2018, descrive un tipo specifico di gel polimerico, chiamato gel ionico, che è pieno di sali in forma liquida, o liquidi ionici. Questo gel ionico è stato creato combinando due materiali, o "blocchi":uno è respinto dai liquidi ionici mentre l'altro si lega all'idrogeno. Insieme, formano quello che viene chiamato un copolimero diblock. La combinazione dei sali liquidi e del materiale copolimero biblocco ha portato a una struttura micellare finale che è responsabile di tutte le qualità desiderabili del materiale. Il blocco che viene respinto dai liquidi ionici costituisce il nucleo, mentre l'esterno è composto da catene che interagiscono tra loro tramite molteplici legami idrogeno.

Lo studio è la prima dimostrazione che l'introduzione del legame idrogeno nei gel ionici può determinare la resistenza del materiale e la sua capacità di autoripararsi a temperatura ambiente.

"Il processo di autoguarigione di questo gel ionico può essere completato in poche ore, " ha detto Tamate.

"Il legame idrogeno è reversibile, e come risultato, è un'interazione promettente che contribuisce alla capacità di un materiale di autoripararsi a causa della loro natura reversibile. In questo studio, sintonizzando la forza del legame idrogeno delle catene polimeriche nei liquidi ionici, abbiamo utilizzato il legame idrogeno come punto di reticolazione reversibile del gel ionico. Per di più, abbiamo dimostrato che la struttura micellare formata dal materiale del copolimero diblock ha migliorato significativamente la forza fisica e la capacità di autoportanza del gel ionico, " Ha aggiunto.

Sebbene finora siano stati segnalati diversi tipi di gel ionici resistenti, gli autori scrivono che il raggiungimento sia della capacità di autoguarigione che di un'elevata tenacità rimane una grande sfida. Riferiscono anche che le proprietà meccaniche ed elettrochimiche del loro gel erano simili a quelle di un gel di ioni altrimenti inalterato o invariato. La capacità autonoma del materiale, il fatto che sia in grado di autoripararsi a temperatura ambiente e di essere facilmente processato in soluzione, lo rendono un promettente elettrolita solido per future applicazioni nel campo dell'elettronica flessibile, in particolare per creare elettronica autorigenerante.

Secondo Tamate, "Per le applicazioni del dispositivo, la durata del gel ionico in varie condizioni di sforzo fisico dovrebbe essere studiata quantitativamente. Inoltre, poiché il presente copolimero diblocco tende ad assorbire l'umidità dall'aria, vorremmo cercare altre interazioni tra strutture composte da più molecole che sono stabili a lungo in atmosfera aperta. Inoltre, poiché le proprietà fisiche dei liquidi ionici possono essere ampiamente regolate dalla selezione di cationi e anioni, sarà studiata la combinazione con diversi liquidi ionici."

In definitiva, gli autori vorrebbero sviluppare nuovi gel ionici funzionali che possono essere utilizzati per creare nuovi dispositivi flessibili e quindi indossabili.