Вчені створили «електронне чорнило», яке змінює форму та жорсткість

Дослідники з Корейського інституту передових технологій (KAIST) розробили унікальне «електронне чорнило», яке здатне перемикатися між твердим і м’яким станом при нагріванні. Це відкриття може прокласти шлях до нового покоління пристроїв — від медичних імплантів до роботів із змінною жорсткістю.

Результати дослідження опубліковані у журналі Science Advances, про це повідомляє видання LiveScience.

Новий матеріал базується на галії — металі, який залишається твердим при кімнатній температурі, але плавиться вже при 37°C (температурі тіла). Вчені змішали мікрочастинки галію з полімерною матрицею та розчинником диметилсульфоксидом (DMSO). При м’якому нагріванні цей розчинник створює слабокисле середовище, яке розчиняє оксидну плівку на частинках галію, дозволяючи їм об’єднатися та формувати провідні шляхи.

Отримане чорнило можна наносити за допомогою звичайних методів друку, таких як трафаретний друк або занурення, а після затвердіння воно стає електропровідним і змінює свою жорсткість залежно від температури. В експериментах матеріал ставав більш ніж у 1400 разів м’якшим при нагріванні.

Сучасні пристрої, як правило, або жорсткі (смартфони, ноутбуки), або м’які (носимі гаджети). Перше забезпечує продуктивність, друге — зручність. Але поєднати обидві якості в одному пристрої довгий час було складно. Розробка з KAIST може стати «золотою серединою», дозволяючи створювати електроніку зі змінною жорсткістю, яка адаптується до умов використання.

Галій привертав увагу вчених і раніше, але його використання у друкованій електроніці було ускладнене — через високу поверхневу напругу та швидке окиснення на повітрі. Новий підхід дозволив подолати ці бар’єри.

Дослідники продемонстрували два прототипи на основі нового чорнила:

• Носимий медичний пристрій, який є твердим при кімнатній температурі, але стає м’яким при контакті зі шкірою, покращуючи комфорт носіння.
• Мозковий імплант, який зберігає жорсткість під час хірургічного введення, але пом’якшується всередині мозку, знижуючи ризик подразнення тканин.

«Це відкриває нові можливості для персональної електроніки, медичних пристроїв і робототехніки», — зазначив співавтор дослідження, професор електротехніки Чже Ун Чон з KAIST.

Здатність матеріалу переходити між станами, будучи при цьому сумісним з масштабованими методами виробництва, дозволяє сподіватися на широке застосування: від 3D-друкованих м’яких роботів до імплантів, що адаптуються до організму людини.

«Ключове досягнення нашої роботи — це подолання багаторічних технічних обмежень у друці рідких металів», — підсумовує Чон.