Как наука об эпидемиях помогла физикам разработать современную электропроводящую краску

Прочитано: 137 раз(а)


В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые Университета Сассекса демонстрируют, как разработанное ими лакокрасочное покрытие с высокой проводимостью имитирует распространение вируса по сети посредством процесса, называемого «взрывной перколяцией» — математический процесс, который также может быть применен к росту населения. , финансовые системы и компьютерные сети, но чего раньше не было в системах материалов. Открытие было случайным событием, а также научным открытием для исследователей.

Процесс просачивания — статистическая связность в системе, например, когда вода течет через почву или через кофейную гущу, — является важным компонентом в развитии жидкостной технологии. И именно этот процесс ожидали увидеть исследователи из группы физики материалов Университета Сассекса, когда они добавляли оксид графена к полимерным латексным сферам, таким как те, которые используются в эмульсионной краске , для создания полимерного композита.

Но когда они осторожно нагрели оксид графена, чтобы сделать его электропроводным, ученые запустили процесс, в результате которого эта проводящая система росла экспоненциально, до такой степени, что созданный новый материал поглощал сеть, подобно тому, как новый штамм вирус может стать доминирующим.

Такое новое поведение материала привело к появлению нового высокопроводящего решения для краски, которое, поскольку оксид графена является дешевым и простым в массовом производстве наноматериалом, является одновременно одним из самых доступных и наиболее проводящих композитов с низкой нагрузкой. Раньше, сейчас было принято, что такие краски или покрытия обязательно были теми или иными.

Электропроводящие краски и чернила имеют ряд полезных применений в новых печатных технологиях, например, путем придания покрытиям таких свойств, как антистатические или создания покрытий, блокирующих электромагнитные помехи (ЭМП), а также имеют жизненно важное значение для разработки носимых устройств для здоровья. мониторы.

Алан Далтон, профессор экспериментальной физики, возглавляющий группу физики материалов в Университете Сассекса, объясняет потенциал этого случайного открытия: «Моя исследовательская группа и я работали над разработкой проводящих красок и чернил в течение последних десяти лет, и это К моему удивлению и радости, мы обнаружили, что ключом к революции в этой работе является математический процесс, который мы обычно связываем с ростом населения и передачей вируса».

«Позволяя нам создавать полимерные композиты с высокой проводимостью, которые также доступны по цене благодаря дешевой и масштабируемой природе оксида графена, эта разработка открывает двери для целого ряда приложений, которые мы еще даже не могли полностью рассмотреть. , но это могло бы значительно повысить устойчивость материалов для электромобилей, включая аккумуляторы, а также иметь возможность добавлять проводящие покрытия к материалам, таким как керамика, которые не являются таковыми по своей природе».

Доктор Шон Огилви, научный сотрудник группы профессора Далтона по физике материалов в Университете Сассекса, который работал над этой разработкой, добавляет: «Самым захватывающим аспектом этих нанокомпозитов является то, что мы используем очень простой процесс, похожий на нанесение эмульсионной краски. и сушка с помощью тепловой пушки, которая затем запускает процесс создания химических мостов между листами графена, создавая электрические пути, которые являются более проводящими, чем если бы они были полностью сделаны из графена».

«Рост этой сети аналогичен появлению вариантов вируса с высокой степенью передачи и может позволить нам использовать моделирование эпидемии для разработки новых интересных материалов или даже материалов для понимания передачи эпидемии».

Об эксперименте

Ученые взяли шарики из полимерного латекса и добавили в них оксид графена. При сушке этого раствора, как если бы вы сушили краску, оксид графена оказывается в ловушке между сферами, и по мере добавления графена листы в конечном итоге образуют «просачивающуюся» сеть внутри латексной пленки.

Однако, поскольку оксид графена не является электропроводным, ученые провели небольшой нагрев, чтобы устранить химические дефекты (150 ° C, что соответствует температуре тепловой пушки, используемой для сушки краски). Когда они сделали это, они обнаружили, что пленки не только стали проводящими, как и ожидалось, но и стали более проводящими, чем если бы они были полностью сделаны из графена.

Причина этого в том, что листы захвачены вместе между латексными сферами (а не расположены случайным образом), мягкий нагрев запускает химическую модификацию графена , которая, в свою очередь, химически модифицирует полимер с образованием небольших молекул, которые сшиваются (образуют химические мосты) . между) листами, что резко увеличивает их проводимость.

Это явление, когда только в точке просачивания материалы проходят через «фазовый переход», образуя совершенно другую сеть, чем если бы они не были связаны, известно как «взрывная перколяция». Можно представить себе достижение критического уровня связности, когда новый материал стремительно растет в сети.

Как наука об эпидемиях помогла физикам разработать современную электропроводящую краску



Новости партнеров