Группа исследователей разработала новый материал, который не только эластичен, но и непроницаем для газов и жидкостей — то, с чем такие материалы обычно плохо справляются.
Разработка материалов часто требует компромиссов между определенными свойствами. Если вы хотите что-то, что будет удерживать газы и жидкости, вам понадобится твердый, жесткий материал. С другой стороны, если вам нужно что-то более гибкое, то вам придется довольствоваться тем, что небольшое количество газа или жидкости будет просачиваться в любом случае.
Но в новом исследовании ученые из Университета Северной Каролины (NCSU) разработали новый материал, который объединяет в себе оба критерия. Ключом является странный сплав, известный как эвтектический галлий и индий (EGaIn), который состоит этих двух металлов и при комнатной температуре становится жидким. EGaIn оказался универсальным материалом — в последние годы его использовали в качестве катализатора улавливания углерода, в растворимых имплантатах, а также в электронных устройствах, которые можно растягивать и скручивать.
Чтобы создать новый материал, команда поместила тонкий слой EGaIn в эластичный полимер. Внутри полимера находится ряд крошечных стеклянных шариков, которые не позволяют EGaIn скапливаться в одном месте. Это делает новый материал эластичным, гибким полимером с жидким металлическим центром, который эффективно предотвращает прохождение газов и жидкостей.
При тестировании эффективности материала команда измеряла, может ли жидкий металл испаряться со временем и может ли кислород выходить из герметичного контейнера, сделанного из полимера. В обоих случаях потери жидкости или газа обнаружено не было, что указывает на наличие эффективного барьера.
В более подробных экспериментах исследователи проверили, насколько хорошо полимер будет работать в качестве герметичного уплотнения в растягиваемых электронных устройствах, включая батарею и систему теплопередачи. Опять же, полимер помог обоим устройствам хорошо справляться со своими ролями, сохраняя высокую емкость батареи более 500 циклов и повышая теплопроводность системы теплопередачи.
Наконец, команда добавила к полимеру окно для передачи сигнала и продемонстрировала, что его также можно использовать для обеспечения прохождения беспроводной связи. В целом эти эксперименты показывают, что гибкий, непроницаемый материал может иметь множество применений.
Одним из возможных недостатков является то, что EGaIn относительно дорог. Но команда говорит, что в данной работе попросту не поднимался вопрос об оптимизации материала для коммерческих нужд, ученые исследовали только его свойства. Один из предлагаемых ими методов удешевления производства заключается в использовании более тонкой пленки EGaIn.