カリフォルニア大学マーセド校の研究者らは、いつかスマートウォッチなどのウェアラブルデバイスの耐久性を向上させる可能性がある柔軟な導電性材料を開発した。新しい素材は適応耐久性を備えており、伸びたり衝撃を受けたりしたときにさらに強くなります。奇妙なことに、この素材はキッチンからインスピレーションを得たものです。
このプロジェクトの主任研究者であるジェシカ・ワン氏は、コーンスターチと水をゆっくりとかき混ぜると、かき混ぜるスプーンが混合物の中を簡単に移動できることに気づきました。スプーンを外して無理に戻そうとすると、別の結果が得られます。これは非ニュートン流体の挙動です。 「硬い表面に突き刺してスプーンが入らなくなるようなものです」とワン氏は語った。
チームの目標は、固体の導電性材料におけるこの特異な特性をシミュレートすることでした。目標を達成するために、チームは共役ポリマー、スパゲッティの束のような形状の導電性分子の長いストリップの適切な組み合わせを特定する必要がありました。ほとんどの柔軟なポリマーは、繰り返し、急速または激しい衝撃を受けると破損します。
研究者らはまず、スパゲッティ状のポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)、より短いポリアニリン分子、およびポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリスチレンスルホン酸塩(PEDOT:PSS)と呼ばれる導電性の組み合わせの4つのポリマーの水溶液を使用した。
彼らは配合を微調整して、導電性と適応耐久性を向上させました。たとえば、混合物に 10% PEDOT:PSS を追加すると、導電性と適応耐久性が向上します。
研究チームはまた、混合物に小分子を加えることも試み、各添加剤がポリマーの特性をどのように変化させるかに注目した。最終的に、正に帯電したナノ粒子添加剤が適応機能を最も改善しました。
同研究室のポスドク研究員であるディ・ウー氏は、「正に帯電した分子を材料に加えることで、より高い伸縮率での強度が向上する」と述べた。
実際の用途には、人間の手首の日常生活の過酷な環境に容易に耐えることができるスマートウォッチ用の統合ストラップや背面センサーが含まれる場合があります。この柔軟な素材は医療用途にも応用でき、心臓血管センサーや血糖モニターなどのウェアラブル デバイスに統合される可能性があります。
ウー氏と彼のチームは、義肢としての使用の可能性を実証するために、3D プリントに適した初期バージョンの材料を修正し、人間の手のレプリカを作成しました。
「これには多くの潜在的な応用分野があり、この新しい型破りな機能が私たちをどこへ連れて行ってくれるのか楽しみにしています」とワン氏は語った。