3D wydrukowany nanokompozyt może wyrządzić samoleczenie obrażeń po wystawieniu na działanie temperatury pokojowej pary wodnej

Streszczenie brzmi: "W tej pracy przedstawiamy nowy wielofunkcyjny materiał o zdolnościach samonaprawiania i przewodności elektrycznej na bazie chitozanu (CS) i wielowarstwowych nanorurek węglowych (CNT) (30% wag.). Samouzdrawianie nanokompozytów można osiągnąć przy pomocy pary wodnej. Proces samoleczenia jest szybki, pojawia się w ciągu kilku sekund, aby wyleczyć obrażenia. Po wysuszeniu można przywrócić przewodność. Nanokompozyt jest przetwarzany przez drukowanie 3D wspomagane niestabilnością w temperaturze pokojowej w celu wytworzenia wysoce przestrajalnych mikrostrukturalnych włókien. Mikrostrukturyzowane włókna zawierające wiązania protektorowe i ukryte długości nadają nanokompozytowi wysoką rozciągliwość (odkształcenie przy zerwaniu 180%). Ekspozycja mikrostrukturowanych włókien CS / CNT na parę wodną może przywrócić ich właściwości mechaniczne (np. Elastyczność, wytrzymałość i wytrzymałość) po wygojeniu zerwanych wiązań protektorowych. Dzięki właściwościom takim jak samoleczenie, rozciągliwość i konduktywność, czujnik odkształcenia nanokompozytu CS / CNT został opracowany w celu wykrywania ruchu łokcia i lokalnych deformacji. " CD3D < /a>.

Istnieje wiele aplikacji na rozciągliwe, samoregenerujące się urządzenia wykonane z ekologicznych materiałów, takich jak urządzenia biomedyczne, miękkie roboty i czujniki do noszenia, ze względu na ich właściwości regeneracyjne i niski koszt. Jednak ze względu na rosnące zapotrzebowanie na mocniejszą elektronikę, duży problem stanowią odpady elektroniczne zawierające materiały niebiodegradowalne i toksyczne. Chociaż przeprowadzono badania nad projektowaniem materiałów do samouzdrawiania opartych na autonomicznym gojeniu, między innymi, nie mogą one być używane w elektronice z powodu braku przewodności elektrycznej.

"Pozostaje wyzwaniem łączenie materiałów przyjaznych dla środowiska, łatwego przetwarzania, szybkich i powtarzalnych właściwości leczniczych, wysokiej rozciągliwości i złożonych struktur w materiałowy projekt aplikacji elektronicznych ", napisali naukowcy.

Zespół zwrócił się do druku 3D, który jest tani sposób na dokładne wytwarzanie urządzeń elektronicznych. Chociaż konieczne jest wysokie obciążenie (20% wagowo) nanorurek CNT w celu wytworzenia przewodzącego nanokompozytu, taki poziom stężenia w spoiwie polimerowym obniża rozciągliwość. Druk 3D z wykorzystaniem niestabilności (IA3DP) włókien PLA może polepszyć tę właściwość dla polimerów.

"Tutaj przedstawiamy nanokompozyt nanostruktów chitozanowych (CS) / nanorurek węglowych (CNT), który jest w stanie leczyć uszkodzenia pod wpływem wodyopary w temperaturze pokojowej. Nanokompozyt może być wytwarzany z mikrostrukturalnych włókien zawierających wiązanie protektorowe i ukrytą długość za pomocą drukowania 3D wspomaganego niestabilnością (IA3DP). Powstała w ten sposób drukowana struktura CS / CNT zachowuje swoją hierarchiczną architekturę i wykazuje doskonałe właściwości mechaniczne "- napisali naukowcy. "Mierzono przewodność wyższą niż ~ 1450 S / m, która jest wyższa niż poprzednio zgłoszone nanokompozyty CNT oparte na chitozanie (np. ~ 500 S / m) .35-37 Mikrostruktura całkowicie lub częściowo zniszczonych włókien CS / CNT ( np. cięte proste włókna lub rozerwane wiązania protektorowe w mikrostrukturalnych włóknach) mogą zostać przywrócone, jak również ich właściwości elektryczne i mechaniczne po wystawieniu na działanie pary wodnej. Ten nanokompozyt wyzwalany parą wodną umożliwia przetwarzanie wielowymiarowych architektur i opracowanie funkcjonalnych czujników zdolnych do wykrywania wilgotności i odkształceń. "

Zespół opracował nowatorski atrament CS / CNT, złożony z mieszanki CNT, CS jako spoiwo polimerowe i roztwór dyspergujący wodę destylowaną i kwas octowy, cytrynowy i mlekowy. Następnie atrament został wykorzystany do stworzenia złożonych struktur 3D i mikrostrukturalnych włókien z kombinacją IA3DP i druku 3D metodą odlewania rozpuszczalnikowego (SC3DP).

Naukowcy przeprowadzili testy przewodnictwa elektrycznego na włóknach nanokompozytów CS / CNT oprócz testów mechanicznych zarówno na włóknach prostych, jak i wzorzystych.

Aby przetestować zachowanie się uszczelnienia, zespół obciął włókna CS / CNT standardową żyletką, a następnie spryskał wodę opary na próbkach przez 10 sekund. Nawilżacz został następnie użyty do uzdrowienia ciętych włókien, a następnie został wysuszony przez suszarkę do włosów aż do "powrotu do początkowych wartości".

Naukowcy przeprowadzili pomiary elektryczne zarówno pierwotnego, jak i wyleczonego Włókna.

Praca zespołu już rzuca więcej światła na wykorzystanie wysokiej rozciągliwości i zdolności samonaprawiania w projektowaniu czujników. Ponadto, w artykule pokazano zastosowanie biodegradowalnych polimerów, które "prowadzą do klasy materiałów elektronicznych dla doskonałej wydajności i funkcjonalności urządzeń elektronicznych."

"Stosując strukturalną hierarchię, włókno mikrostrukturalne z wiązaniem protektorowym i ukryta długość zapewnia wysoką rozciągliwość (maksymalne odkształcenie 180%) nanokompozytu CS / CNT o wysokiej zawartości CNT (30% wag.). Przetworzony w temperaturze pokojowej, szybki i powtarzalny samonaprawiający się materiał nanokompozytowy może przywrócić jego wyjątkowy charakterwłaściwości mechaniczne (tj. rozciągliwość, wytrzymałość i wiązkość) i wysokie przewodnictwo elektryczne poprzez zwykłe zastosowanie pary wodnej ", stwierdzili naukowcy. "Wspomniane konstrukcje 3D z nanokompozytową nanokompozytową niestabilnością mogą być projektowane jako urządzenia wielofunkcyjne, w tym czujniki wilgotności i odkształcenia. Czujnik wilgotności ma odwracalną zdolność wykrywania, a czujniki odkształceń są w stanie wykryć ruch człowieka i lokalne odkształcenia. Przywrócenie kształtu nanokompozytu i właściwości elektrycznych można osiągnąć przez projektowanie struktury (np. Za pomocą elastycznego podłoża pomocniczego) lub właściwości lecznicze nanokompozytów. Ta praca nie tylko rozwija prostą strategię projektowania nanokompozytów CS / CNT z właściwościami samoleczenia, ale także demonstruje druk 3D wielowymiarowych struktur, jak również rozwój aplikacji czujników odkształceń. "