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中国科学家打鸡蛋时灵光乍现,3D打印蛋清比现有柔性电子材料表现更好

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关于从监督生物特征识别到免提用户界面等一系列使用而言,设备最好具有满意的灵活性,能够舒适地佩带,反响活络,能丈量脉息并且是通明的,因而几乎不引起留意。 可是,要满意这些要求,所需资料功用依然很高。 

许多研讨都会集在组成导电聚合物或导电纳米资料与柔性或可拉伸基材结合的或许性上,但到目前为止,还没有一种办法能够一起满意这些使用的电子、光学和机械要求。 现在,来自加拿大和我国的高档功用资料研讨人员的陈述标明,源自蛋清的物质或许胜过其它在经济和环境上本钱更高的替代品。从蛋清中提取的一种物质或许比其他替代品体现要好,更经济、更环保。

根本的相变

加拿大马尼托巴大学的研讨人员Malcolm Xing在考虑生物黏附剂的时分,首先把留意力转向了蛋白。Malcolm Xing解说说:“有一天我打鸡蛋预备做鸡蛋吃的时分,我发现蛋清是通明的,黏黏的,一向留在蛋壳上。”

进一步的研讨标明,由蛋清构成的水凝胶结合资料即便在水下也能接受6公斤的分量。 可是,当在水凝胶中交联的蛋清氨基酸链未凝结时,还会有更多的惊喜。 Xing和他的合作者发现,用来构成水凝胶的碱性溶液,添加到蛋清中时,终究持续引发进一步的相变,改变回具有高通明度、离子电导率和低粘度的液体,这将有利于柔性电子产品。 。

正如Malcolm Xing和他的合作者在之前的研讨中观察到的那样,蛋清中的蛋白质含有丰厚的羧基。当参加碱性溶液时,这些分子构成羧基离子,改动分子之间的静电相互效果,使它们重新排列并交联,构成在稀碱性溶液中安稳的凝胶。

但是,当这种水凝胶浸泡在碱性环境中时,它开端水解,再次改动氨基酸链的结构,构成液体。“据咱们所知,咱们是第一个报导碱性溶液在蛋清整个液-固-液改变进程中具有结构面和损坏面这一双面效果的。”Xing说。 

打败竞争对手

纳米复合资料和导电聚合物的通明度都被约束在90%左右。拉伸也是一个问题。纳米资料能够通过一般不导电的拉伸资料供给传导通路,但它们简略集合,拉伸资料会导致这些传导通路的开裂。

由于资料功用的不匹配,将比如导电聚合物之类的东西与弹性高弹体结合在一起是有问题的,这会导致行为的滞后改变。研讨人员研讨的另一种解决方案是金属液体,该液体的低粘度可防止呈现机械失配问题,但其通明度进一步受到约束,约为85%。

Xing和 Feng Lu以及他们在加拿大曼尼托巴大学和我国南方医科大学的合作者对水凝胶构成的蛋清液体进行了表征,并测定了其99.8%的超高通明度。

Xing将此归因于这种物质中水的高含量(95%),水自身便是通明的。水凝胶中含有这些水的网状结构部分是反光的,但由于在凝胶-溶胶改变进程中会发作崩塌,所以液体比水凝胶愈加通明。

向液体的改变也使电导率从16.9 S m-1提高到20.4 S m-1。较硬的水凝胶在液化前能够很简略地进行3D打印,这在出产用于弹性电子设备的具有弹性体的混合结构时很便利。当液体被封装在弹性体通道中时,发生的资料的电阻率跟着截面面积的减小而增大,这种混合资料通过重复拉伸和松懈后的滞回率十分低,只要0.77%。

“当咱们在可穿戴电子产品中选用蛋清液体作为导体时,可疏忽的迟滞是一个大惊喜,由于用这种简略的资料和规划不简略取得这种功用。” Xing说。

研讨人员在一系列设备中利用了这些应变呼应电子特性。 他们展现了一种腕式脉息监测器,能够确认血管功用的更精细细节,例如径向增强指数和脉息传输时刻。 他们制作了一个用户界面设备,能够读取面部表情并悄悄一按就能驾驭无线电遥控玩具车。 

终究,他们将蛋清液体和弹性体结构整合到了冲突电纳米发电机设备中,该设备会在拍手时翻开LED灯。 未来的研讨将会集于开发蛋清液体,作为软体机器人和人工肌肉的智能资料。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来历:

https://phys.org/news/2020-05-d-egg-whites-outperform-flexible.html

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910080

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