(а) Схематическая диаграмма механизма самовосстановления гидрогеля; 
(b) скорости самовосстановления 243 гидрогеля в разное время; 
(c) Демонстрационный процесс самовосстановления гидрогеля; 
(d) 244 Эффект самовосстановления множественного заживления гидрогелем. 
Кредит: Ван и др.

Недавние достижения в области электроники позволили создавать более мелкие и все более сложные устройства, включая носимые технологии, биосенсоры, медицинские имплантаты и мягкие роботы. Большинство этих технологий основано на эластичных материалах с электронными свойствами.

Хотя ученые-материаловеды уже представили широкий спектр гибких материалов, которые можно использовать для создания электроники, многие из этих материалов хрупкие и могут быть легко повреждены. Поскольку повреждение материалов может привести к их выходу из строя, а также поставить под угрозу общее функционирование системы, в которую они интегрированы, некоторые существующие мягкие и проводящие материалы могут оказаться ненадежными и непригодными для крупномасштабных применений.

Исследователи из Харбинского университета науки и технологий в Китае недавно разработали новый проводящий и самовосстанавливающийся гидрогель, который можно использовать для создания гибких датчиков для носимых устройств, роботов и других устройств. Этот материал и его состав были описаны в Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

«В этой статье поливиниловый спирт (ПВС) и 4-карбоксибензальдегид (CBA) использовались для формирования двойного сетевого скелета, а полианилин (PANI) был введен для сборки гибкого датчика с превосходными характеристиками самовосстановления», — Сяомин Ван, Лин. Венг и их коллеги написали в своей статье. «Гидрофобная ассоциация PVA и CBA гарантирует механические свойства гидрогелевого сенсора, а введение PANI придает гидрогелевому сенсору электрические свойства ».

Ван, Венг и их коллеги создали свой материал, введя CBA, органическое соединение, состоящее из бензольного кольца, замещенного альдегидом и карбоновой кислотой, в PVA, водорастворимый синтетический полимер, и добавив проводящий полимер PANI посредством электростатического взаимодействия. В ходе первоначальных испытаний они обнаружили, что материал обладает замечательными механическими свойствами и может восстанавливаться после повреждения. Кроме того, он может достигать максимального напряжения 4,35 МПа и максимальной деформации 380%.

Затем исследователи использовали материал для создания датчика деформации, чувствительного устройства, которое может обнаруживать внешние силы и приложенное давление, возникающее из его окружения. Было обнаружено, что этот датчик работает очень хорошо, измеряя как небольшие сигналы деформации, такие как кашель или речь пользователя, так и более энергичные движения тела.

«Гибкий датчик, подготовленный в этой статье, имеет чувствительность 1,71 в диапазоне деформации 0–300% и предельную деформацию обнаружения менее 1%», — написали Ван, Венг и их коллеги в своей статье. «Время отклика датчика гидрогеля во время растяжения составляет 158 мс. Кроме того, датчик гидрогеля также обладает свойствами самовосстановления. При комнатной температуре после разрезания гидрогеля для завершения ремонта требуется всего одна минута, а скорость заживления составляет около 60%».

В будущем гидрогель, созданный этой группой исследователей, может быть использован для разработки широкого спектра других датчиков и носимой электроники, таких как датчики, которые могут обнаруживать движения человека, или медицинские устройства, что отслеживают определенные биологические сигналы. Кроме того, их работа может проложить путь к разработке аналогичных гибких и проводящих гидрогелей с самовосстанавливающимися свойствами.