Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Merced, hebben een flexibel, geleidend materiaal ontwikkeld dat op een dag de duurzaamheid van draagbare apparaten zoals smartwatches zou kunnen verbeteren. Het nieuwe materiaal heeft een adaptieve duurzaamheid, wat betekent dat het sterker wordt wanneer het wordt uitgerekt of gestoten. Vreemd genoeg is dit materiaal geïnspireerd op de keuken.

Jessica Wang, de hoofdonderzoeker van het project, merkte op dat wanneer maïszetmeel en water langzaam door elkaar worden geroerd, de roerlepel gemakkelijk door het mengsel beweegt. Wanneer je de lepel eruit haalt en hem er weer in probeert te duwen, krijg je een ander resultaat. Dit is het gedrag van niet-Newtonse vloeistoffen. "Het is alsof je in een hard oppervlak steekt en de lepel er niet meer in kan", zei Wang.

Het doel van het team was om deze bijzondere eigenschap in vaste geleidende materialen te simuleren. Om hun doel te bereiken moest het team de juiste combinatie van geconjugeerde polymeren identificeren: lange stroken geleidende moleculen in de vorm van spaghettistrengen. De meeste flexibele polymeren breken wanneer ze worden blootgesteld aan herhaalde, snelle of zware schokken.

De onderzoekers gebruikten eerst een waterige oplossing van vier polymeren: spaghetti-achtig poly(2-acrylamide-2-methylpropaansulfonzuur), kortere polyanilinemoleculen en een geleidende combinatie genaamd poly(3,4-ethyleendioxythiofeen) polystyreensulfonaat (PEDOT:PSS).

Ze hebben de formule aangepast om de geleidbaarheid en adaptieve duurzaamheid te verbeteren. Het toevoegen van 10% PEDOT:PSS aan het mengsel verbetert bijvoorbeeld de geleidbaarheid en de adaptieve duurzaamheid.

Het team probeerde ook kleine moleculen aan het mengsel toe te voegen, waarbij ze opmerkten hoe elk additief de eigenschappen van het polymeer veranderde. Uiteindelijk verbeterden positief geladen nanodeeltjesadditieven de adaptieve functie het meest.

"Het toevoegen van positief geladen moleculen aan ons materiaal maakt het sterker bij hogere reksnelheden", zegt Di Wu, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium.

Praktische toepassingen zijn onder meer geïntegreerde banden en rugsensoren voor smartwatches die gemakkelijk bestand zijn tegen de zware omstandigheden van het dagelijks leven op de menselijke pols. Het flexibele materiaal zou ook medische toepassingen kunnen hebben, misschien geïntegreerd in draagbare apparaten zoals cardiovasculaire sensoren of bloedglucosemeters.

Wu en zijn team hebben zelfs een vroege versie van het materiaal aangepast dat geschikt is voor 3D-printen en een replica van een menselijke hand gemaakt om het potentieel ervan als prothese te demonstreren.

"Het heeft veel potentiële toepassingsgebieden en we zijn benieuwd waar deze nieuwe, onconventionele functie ons naartoe zal brengen", aldus Wang.