導電性のある自分

2023 年 6 月 2 日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Phys.org

エレクトロニクス分野の最近の進歩により、ウェアラブル技術、バイオセンサー、医療用インプラント、ソフトロボットなど、より小型でますます洗練されたデバイスの作成が可能になりました。 これらのテクノロジーのほとんどは、電子特性を備えた伸縮性のある素材に基づいています。

材料科学者はすでにエレクトロニクスの作成に使用できる幅広い柔軟な材料を導入していますが、これらの材料の多くは壊れやすく、簡単に損傷する可能性があります。 材料への損傷はその故障を引き起こす可能性があり、同時にそれらが統合されているシステム全体の機能を損なう可能性があるため、いくつかの既存の軟質および導電性材料は信頼性が低くなり、大規模な実装には不向きになる可能性があります。

中国のハルビン科学技術大学の研究者らは最近、ウェアラブル、ロボット、その他のデバイス用の柔軟なセンサーの作成に使用できる新しい導電性自己修復ヒドロゲルを開発しました。 この材料とその組成は、Journal of Science: Advanced Materials and Devices に概説されています。

「この論文では、ポリビニル アルコール (PVA) と 4-カルボキシルベンズアルデヒド (CBA) を使用して二重ネットワーク骨格を形成し、ポリアニリン (PANI) を導入して優れた自己修復性能を持つ柔軟なセンサーを組み立てました。」Xiaoming Wang、Lingウェン氏とその同僚たちは論文にこう書いている。 「PVA と CBA の疎水性結合によりヒドロゲル センサーの機械的特性が保証され、PANI の導入によりヒドロゲル センサーに電気的特性がもたらされます。」

Wang氏とWeng氏らは、水溶性合成高分子であるPVAにアルデヒドとカルボン酸で置換されたベンゼン環からなる有機化合物であるCBAを導入し、静電相互作用により導電性高分子PANIを付加することで材料を作成した。 最初のテストでは、この材料が優れた機械的特性を備えており、損傷しても自然に修復できることが判明しました。 さらに、最大応力は 4.35 Mpa、最大ひずみは 380% に達する可能性があります。

次に研究者らは、この材料を使用してひずみセンサー、つまり周囲から発生する外力や加えられた圧力を検出できる感知装置を作成しました。 このセンサーは非常に優れた性能を発揮し、着用者の咳や会話などの小さな変形信号と、より激しい体の動きの両方を測定することが判明しました。

「この記事で作成したフレキシブルセンサーは、0～300%のひずみ範囲で1.71の感度を持ち、限界検出ひずみは1%未満です」とWang氏、Weng氏らは論文に書いている。 「伸張中のハイドロゲルセンサーの応答時間は158ミリ秒です。さらに、ハイドロゲルセンサーは自己修復性能も備えています。室温では、ハイドロゲルが切断された後、修復が完了するまでにわずか1分しかかかりません。治癒率は約60％です。」

将来的には、この研究者チームが作成したヒドロゲルは、人間の動きを検出できるセンサーや特定の生体信号を監視する医療機器など、他の幅広いセンサーやウェアラブル電子機器の開発に使用される可能性があります。 さらに、彼らの研究は、自己修復特性を備えた同様の柔軟で導電性のヒドロゲルの開発への道を開く可能性があります。

詳しくは： Xiaoming Wang et al、「柔軟なセンサーのための導電性と機械的強度の自己修復ヒドロゲルの構築」、Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2023)。 DOI: 10.1016/j.jsamd.2023.100563

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