由电信号控制可增加-减少100倍体积的材料

时间:2019-12-24 19:41 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

由电信号控制可增加-减少100倍体积的材料约翰内斯·格拉德施(Johannes Gladisch)参与了这项实验。信贷:雷神大夏

共轭聚合物的可逆电子固-凝胶交换。

有机电子学实验室的研究人员发现了一种材料,当暴露在微弱的电脉冲中时,它的体积可以增加也可以减少。在海绵或过滤器中,研究人员可以控制通过的颗粒的大小。

固体和凝胶等能根据温度或pH值改变体积的材料早已问世。这种材料被用在控制单元中(其中一个例子是温室的窗户,它可以根据温度自动打开和关闭)。它们也用于机器人和其他机电系统以及生物医学的应用。然而,研究人员长期以来寻求的一个特性是,在电信号的帮助下,材料从固态变为凝胶态。尤其可取的是,这种电子控制的相变是可逆的。其目标是能够通过电子手段控制音量。这在目前的材料中是可能的,但研究人员最多只能实现两倍的体积。

一种新材料

诺平校区有机电子实验室的科学家们现在发现了一种新的材料,一种导电聚合物,它的体积可以增加100倍以上。这种材料是与伦敦帝国理工学院的研究人员合作合成的。当材料被置于电解液中,并受到 0.8 V的弱电压时,就会发生这种变化。如果施加-0.8 V的负电压,材料会收缩,几乎回到原来的体积。

不仅在导电聚合物中,而且在其他由电信号控制的材料中,这一体积变化比以前报道的要大得多。

这种材料被放置在导电纤维周围。在与电解液接触时,当施加第一个脉冲0.8 V时,它的体积会扩大100倍。当随后施加-0.8 V的脉冲时,它几乎恢复到原来的形式。这可以重复多次。

由Johannes Gladisch和Eleni Stavrinidou进行的实验中,导电聚合物被放置在导电碳纤维周围的几微米厚的薄膜中(如图所示)。当施加 0.5 V或 0.8 V的电脉冲时,材料内部结构发生变化,然后吸收水分,最终转化为凝胶,膨胀到原来体积的14或120倍。当重复施加 /- 0.5 V的脉冲时,材料相对于之前的收缩状态膨胀约300%,即3倍。体积的变化是可逆的。

改变毛孔

科学家们还描述了发表在《先进科学》杂志上的一篇文章中的一个应用。这是一个智能海绵,或过滤器,它们可以控制电子膨胀,通过这种方式改变85%的孔径。

由电信号控制可增加-减少100倍体积的材料Eleni Stavrinidou, Johannes Gladisch和Magnus Berggren与新材料。信贷:雷神大夏

我们可以用电子手段控制过滤器的孔径,并可能主动地控制通过的颗粒的大小。这意味着这个智能过滤器的属性可以动态改变,允许不同类型或不同大小的粒子通过。该功能可用于筛分、过滤、纯化和工艺化学。它也可能在医学和生物化学方面有应用。”有机电子学教授和有机电子学实验室主任Magnus Berggren说。

参考文献:“共轭聚合物的可逆电子固凝胶交换”Johannes Gladisch, Eleni Stavrinidou, Sarbani Ghosh, Alexander Giovannitti, Maximilian Moser, Igor Zozoulenko, Iain McCulloch和Magnus Berggren, 2019年10月28日,《先进科学》。DOI: 10.1002 / advs.201901144

该研究由克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会、瓦伦堡木材科学中心、瑞典研究委员会(VR)以及林雪平大学瑞典政府材料科学高级功能材料战略研究领域提供资金。

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