تولید ماده‌‌‌ای جدید و غیرقابل نفوذ برای ساخت باتری‌های انعطاف پذیر

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، گروهی از محققان ماده جدیدی را توسعه داده‌اند که نه تنها الاستیک و منعطف است، بلکه در برابر گاز‌ها و مایعات نفوذ ناپذیر است. این ماده می‌تواند برای ساخت باتری‌های انعطاف پذیر یا وسایل الکترونیکی پوشیدنی مفید باشد.

طراحی مواد اغلب نیاز به ایجاد تناسب بین ویژگی‌های مختلف آن دارد. اگر چیزی می‌خواهید که گاز‌ها و مایعات را بیرون نگه دارد، پس یک ماده سخت و سفت می‌خواهید. از طرف دیگر اگر به ماده‌ای با کمی انعطاف نیاز دارید، باید حداقل مقداری گاز یا مایع به آن نفوذ کند.

اما در یک مطالعه جدید، محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (NCSU) ماده جدیدی ساخته اند که هر دو قابلیت را باهم دارد. کلید اصلی، آلیاژ عجیبی است که به نام گالیم و ایندیم یوتکتیک (EGaIn) شناخته می‌شود و از آن دو فلز نرم به شکل مایع در دمای اتاق تشکیل شده است. ثابت شده است که EGaIn یک ماده همه کاره است که  در سال‌های اخیر به عنوان یک کاتالیزور جذب کربن، در ایمپلنت‌های قابل حل، و دستگاه‌های الکترونیکی قابل کشش و چرخش استفاده شده است.

پژوهشگران برای ساخت ماده جدید خود، لایه نازکی از EGaIn را درون یک پلیمر الاستیک قرار دادند. در داخل پلیمر مجموعه‌ای از مهره‌های شیشه‌ای ریز وجود دارد که مانع از تجمع EGaIn در یک نقطه می‌شود. این خواص ماده جدید را به پلیمری کشسان و انعطاف پذیر با مرکزیت فلز مایع تبدیل می‌کند که به طور موثری از عبور گاز‌ها و مایعات جلوگیری می‌کند.

در آزمایش‌های اثربخشی این ماده، محققان بررسی کردند که آیا فلز مایع می‌تواند در طول زمان تبخیر شود و آیا اکسیژن می‌تواند از ظرف مهر و موم شده ساخته شده ازاین  پلیمر خارج شود یا خیر. در هر دو مورد، خروج هیچ نوع مایع یا گاز تشخیص داده نشد، که نشان می‌دهد این محصول  یک مانع موثر است.

در آزمایش‌های دقیق‌تر، محققان آزمایش کردند که چگونه این پلیمر به عنوان یک ابزار مهر و موم در دستگاه‌های الکترونیکی قابل کشش، از جمله باتری و سیستم انتقال حرارت، کار می‌کند. این پلیمر به هر دو دستگاه کمک می‌کند تا نقش خود را به خوبی انجام دهند، به طور مثال ظرفیت باتری را بیش از ۵۰۰ سیکل بالا نگه داشته و هدایت حرارتی سیستم انتقال حرارت را افزایش می‌دهد.

در نهایت، محققان یک پنجره انتقال سیگنال به پلیمر اضافه کردند  و نشان دادند که می‌توان از آن برای عبور ارتباطات بی‌سیم نیز استفاده کرد. در مجموع، این آزمایش‌ها نشان می‌دهند که مواد منعطف و غیرقابل نفوذ می‌توانند طیف وسیعی از کاربرد‌ها را داشته باشند.

یکی از نکات منفی احتمالی این است که EGaIn نسبتاً گران است. اما محققان می‌گوید که باید فضایی برای بهینه سازی مواد برای کاهش هزینه وجود داشته باشد، زیرا این مطالعه روی هزینه تمرکز نداشت. یکی از روش‌هایی که آن‌ها پیشنهاد می‌کنند استفاده از لایه نازک تری از EGaIn است.

این تحقیق در مجله «Science» منتشر شده است.