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Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Zhu Jin presso il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha sviluppato un poliuretano con eccellenti proprietà di elasticità, durezza, autoguarigione e persino riparazione termica, che imita le funzionalità biologiche dei muscoli umani. Lo studio è stato pubblicato su Materiali funzionali avanzati .
Come frontiera sempre più preziosa per la prossima generazione di dispositivi elettronici, l'elettronica estensibile può adattarsi a forme morbide e curve, e dovrebbero quindi svolgere un ruolo più costruttivo nell'era dell'intelligenza artificiale e innescare maggiori cambiamenti nella vita quotidiana delle persone.
Gli elastomeri sono incorporati nell'elettronica estensibile e conferiscono loro proprietà meccaniche variabili o persino funzioni aggiuntive come l'auto-riparazione per mantenere la durata e la stabilità dell'elettronica estensibile. Però, il compromesso tra proprietà meccaniche (cioè allungabilità e tenacità) e autoriparazione limita l'ottimizzazione delle proprietà complessive della matrice elastica.
Ispirato dalle proprietà biologiche dei muscoli umani, i ricercatori del NIMTE hanno sintetizzato un poliuretano (DA-PU) per l'elettronica estensibile, che contiene gruppi donatori e accettori distribuiti alternativamente lungo la catena principale per ottenere l'autoassemblaggio sia intra-catena che inter-catena donatore-accettore (D–A).
Grazie alla proteina titina del muscolo scheletrico, i muscoli umani possono eseguire centinaia di cicli di concentrazione/rilassamento in breve tempo. Le interazioni secondarie intramolecolari della titina possono essere rotte in modo reversibile e ripiegarsi per recuperare il muscolo.
Allo stesso modo, grazie all'autoassemblaggio D–A reversibile, DA-PU potrebbe eseguire gli stessi o più cicli di concentrazione/rilassamento senza deformazioni permanenti. L'autoassemblaggio D–A ha stabilizzato la struttura della rete composta da fasi morbide e dure in poliuretano, rendendolo iperelastico, super resistente, e resistenti come i muscoli umani.
In dettaglio, DA-PU ha mostrato prestazioni meccaniche sorprendenti con un allungamento a rottura del 1900% e una tenacità di 175,9 MJ m -3 . Gli esperimenti di trazione ciclica e rilassamento da stress hanno dimostrato le sue notevoli proprietà anti-fatica e anti-stress. Anche in caso di deformazione sotto grande sforzo o allungamento prolungato, potrebbe essere quasi completamente ripristinato mediante riparazione termica a 60℃. La velocità di autoriparazione di DA-PU ha raggiunto 1,0–6,15 μm min -1 da 60 a 80 °C, che si è progressivamente accresciuta all'aumentare della temperatura.
Inoltre, i ricercatori hanno fabbricato un sensore capacitivo estensibile basato su DA-PU, che ha mostrato una notevole elasticità, proprietà antifatica e autoriparanti anche dopo deformazioni critiche e tagli.
La strategia potrebbe far luce sulla ricerca e lo sviluppo di una serie di materiali elastici resistenti e autorigeneranti applicati nel campo dell'elettronica estensibile.