Este material electrónico elástico se endurece con el impacto como un “oobleck”

Los científicos están interesados ​​en desarrollar nuevos materiales para dispositivos electrónicos portátiles ligeros, flexibles y asequibles, de modo que algún día la caída de nuestros teléfonos inteligentes no cause daños irreparables. Un equipo de la Universidad de California, Merced, ha creado películas de polímero conductor que en realidad se vuelven más rígidas en respuesta al impacto en lugar de desintegrarse, del mismo modo que mezclar maicena y agua en las cantidades correctas produce una suspensión que es fluida cuando se agita lentamente pero se endurece cuando se golpea. (es decir, “oobleck”). Describieron su trabajo en una charla en la reunión de esta semana de la Sociedad Química Estadounidense en Nueva Orleans.

Como se mencionó anteriormente, hacer oobleck es simple y fácil. Mezcle una parte de agua con dos partes de maicena, agregue un poco de colorante alimentario para divertirse y obtendrá Oobleck, que se comporta como líquido o sólido, dependiendo de la cantidad de presión aplicada. Remuévelo lenta y constantemente mientras esté líquido. Golpéalo fuerte y se volverá más sólido bajo tu puño. Es un ejemplo clásico de fluidos no newtonianos.

en Líquido perfectoLa viscosidad depende en gran medida de la temperatura y la presión: el agua seguirá fluyendo independientemente de otras fuerzas que actúen sobre ella, como agitación o mezcla. En los fluidos no newtonianos, la viscosidad cambia en respuesta a una presión aplicada o una fuerza cortante, cruzando así los límites entre el comportamiento de un fluido y un sólido. Mover un vaso de agua produce una fuerza cortante y las tijeras de agua se apartan. La viscosidad permanece sin cambios. Pero en el caso de fluidos no newtonianos como los opacos, la viscosidad cambia cuando se aplica una fuerza cortante.

El ketchup, por ejemplo, es un fluido no newtoniano muy espeso, lo cual es una de las razones por las que golpear el fondo de la botella no hace que el ketchup salga más rápido; La aplicación de fuerza aumenta la viscosidad. El yogur, el caldo, el granizado y el pudín son otros ejemplos. Y Oobleck también. (El nombre proviene del libro infantil del Dr. Seuss de 1949, Bartolomé y Oobleck.) Por el contrario, la pintura que no gotea exhibe un efecto de “dilución por cizallamiento”, se puede quitar fácilmente con un cepillo pero se vuelve más viscosa una vez aplicada a la pared. El año pasado, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts Él confirmó que La fricción entre partículas fue crucial en la transición de líquido a sólido, determinando el punto de inflexión cuando la fricción alcanza un cierto nivel y la viscosidad aumenta repentinamente.

Wu trabaja en el laboratorio de la científica de materiales Yu (Jessica) Wang, quien decidió intentar imitar el comportamiento de espesamiento por cizallamiento del oobleck en un material polimérico. Los componentes electrónicos de polímeros flexibles generalmente se fabrican uniendo polímeros conductores conjugados, que son largos y delgados, como espaguetis. Pero estos materiales aún se descompondrán en respuesta a impactos particularmente grandes y/o rápidos.

Entonces Wu y Wang decidieron combinar los polímeros tipo espagueti con moléculas de polianilina más cortas y poliestireno sulfonato poli (3,4-etilendioxitiofeno), o PEDOT:PSS, cuatro polímeros diferentes en total. Dos de los cuatro tienen carga positiva y dos tienen carga negativa. Usaron esta mezcla para hacer películas estirables y luego probaron las propiedades mecánicas.

Las películas se comportan de manera muy parecida al oobleck, deformándose y estirándose en respuesta al impacto en lugar de desintegrarse. Wang comparó la estructura con un gran plato de espaguetis y albóndigas, porque a las moléculas cargadas positivamente no les gusta el agua y, por lo tanto, se ensamblan en estructuras microscópicas en forma de bolas. Ella y Wu sugieren que estas microestructuras absorben la energía de la colisión y se aplanan sin desintegrarse. No hace falta mucho PEDOT:PSS para conseguir este efecto: sólo el 10 por ciento fue suficiente.

Experimentos adicionales identificaron un aditivo más eficaz: nanopartículas de 1,3-propandiamina cargadas positivamente. Estas partículas pueden debilitar las interacciones de las “albóndigas” del polímero lo suficiente como para deformarse aún más en respuesta a los impactos, al tiempo que fortalecen las interacciones entre los polímeros largos, reticulados y similares a espaguetis.

El siguiente paso es aplicar sus películas de polímero a dispositivos electrónicos portátiles, como correas y sensores de relojes inteligentes, así como a dispositivos electrónicos flexibles para el control de la salud. El laboratorio de Wang también ha experimentado con una nueva versión del material que sería compatible con la impresión 3D, abriendo más oportunidades. “Hay una serie de aplicaciones potenciales y estamos entusiasmados de ver adónde nos lleva esta nueva propiedad poco convencional”. Wang dijo.