Stampa 3D e conducibilità: fabbricazione di conduttori ultra-estensibili
I ricercatori di Shanghai stanno approfondendo i conduttori di stampa 3D, con i loro risultati recentemente pubblicati in ” Un conduttore altamente trasparente e ultra-estensibile con conduttività stabile durante grandi deformazioni “. Gli autori Zhouyue Lei e Peiyi Wu seguono il crescente sviluppo di conduttori estensibili e i miglioramenti apportati alle loro proprietà elettromeccaniche, insieme allo studio di problemi con deformazioni e difetti e ai modi per superare tali limiti.
I materiali morbidi, e specialmente quelli conduttivi, sono fondamentali nelle applicazioni dell’intelligenza artificiale e dei sistemi biologici; tuttavia, ci vuole un po ‘di tempo per renderli più morbidi e flessibili. I plastificanti e i segmenti flessibili aggiunti ai polimeri sono un modo per creare regioni più morbide, oltre ad aggiungere elementi conduttivi come riempitivi elettronici o elettroliti ionici e quindi gestire i percorsi e le reti.
I ricercatori hanno cercato di creare nanochannel morbidi, collegati con reti reticolate:
“Qui, introduciamo un tipo di conduttori intrinsecamente estensibili. Elettroliti simili a liquidi di piccole molecole, come gli IL, forniscono portatori di carica; i polimeri con strutture ioniche simili, ad esempio poligwitterioni, realizzano sinergie ioniche con gli elettroliti liquidi e quindi assemblano nanochannel conduttivi per evitare aggregati o perdite di elettroliti; le reti dinamiche sono costruite da polimeri che hanno anche una sinergia molecolare con i nanochannel conduttivi, per garantire integrità strutturale, adattabilità alla deformazione e stabilità ambientale “.
Il conduttore può immagazzinare, creare e inviare segnali elettrici attraverso il flusso e la distribuzione di ioni e nanochannel, con i percorsi che si adattano dinamicamente alla deformazione. Gli autori sottolineano che il materiale è anche adeguatamente stabile, dimostrando una variazione di conduttività del tre percento in 24 ore e non mostrando alcun punto di fusione o transizione vetrosa a temperature estreme.
Il team di ricerca ha trovato il conduttore estensibile promettente per l’uso nella robotica leggera e la capacità di fornire capacità di rilevamento. I percorsi su nanoscala potrebbero essere adatti per adattarsi a grandi problemi di deformazione, insieme all’esposizione diretta agli elementi esterni.
“Beneficiando dei progetti razionali, questo materiale non solo supera i limiti incontrati negli attuali conduttori elettronici e ionici, con una buona trasparenza, ultra-estensibilità, alto modulo, riconfigurazione delle reti elastiche, ecc., Ma migliora anche notevolmente la stabilità in ambienti dinamici “, hanno concluso i ricercatori.
“Riteniamo che il lavoro attuale affronti una sfida di lunga durata nel campo dei conduttori intrinsecamente estensibili, fornisca ispirazione generale per i progetti nanostrutturali e la fabbricazione di dispositivi e potrebbe anche promuovere lo sviluppo di robot intelligenti con i requisiti di intera morbidezza, alta trasparenza, molteplici capacità sensoriali e stabilità ambientale “.
Progettazione sinergica molecolare. un’illustrazione schematica del design sinergico molecolare, compresa la struttura ottimizzata ricca di ioni prevista da DFT e le reti dinamiche di legame idrogeno. b Le vere curve di tensione-deformazione dei conduttori con diversi contenuti di IL. La velocità di deformazione è di 0,17 s − 1. c Il profilo SAXS del conduttore intrinsecamente estensibile. L’immagine dell’inserto è l’immagine della fase AFM del conduttore. (barra della scala: 100 nm) d spettri IR e corrispondenti seconde curve derivate del conduttore intrinsecamente estensibile, PAA, PDMAPS e IL nella regione di 1750–1600 cm − 1 
Proprietà elettriche in ambienti dinamici. un’illustrazione schematica dei percorsi conduttivi in questo materiale che si adatta alla deformazione. Le linee blu rappresentano i nanochannel di ioni e le parti viola rappresentano le reti dinamiche. b Fotografie del conduttore per la stampa 3D durante un ciclo di rilascio allungato (barra della scala: 2 cm). c La stabilità della conducibilità ionica durante il processo di deformazione. d Le variazioni relative della conduttività ionica nell’intervallo di temperatura da -10 a 100 ° C (barre di errore: deviazioni standard). e La stabilità della conducibilità ionica a temperature estremamente basse o alte per un lungo periodo. Queste misurazioni sono il controllo dell’umidità (60% UR)