Bahan elektronik yang melar ini mengeras saat terkena benturan seperti “oobleck”

Para ilmuwan sangat antusias untuk mengembangkan material baru untuk perangkat elektronik wearable yang ringan, fleksibel, dan terjangkau, sehingga suatu hari nanti, menjatuhkan ponsel cerdas kita tidak menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki. Sebuah tim dari University of California, Merced, telah menciptakan film polimer konduktif yang menjadi lebih kaku sebagai respons terhadap benturan dibandingkan hancur, seperti halnya pencampuran tepung maizena dan air dalam jumlah yang tepat menghasilkan bubur yang berbentuk cair ketika diaduk perlahan namun mengeras ketika dilubangi. (yaitu “oobleck”). Mereka menggambarkan pekerjaan mereka dalam pembicaraan pada pertemuan American Chemical Society minggu ini di New Orleans.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, membuat oobleck sederhana dan mudah. Campurkan satu bagian air dengan dua bagian tepung maizena, tambahkan sedikit pewarna makanan untuk bersenang-senang, dan Anda akan mendapatkan Oobleck, yang bersifat cair atau padat, tergantung pada besarnya tekanan yang diberikan. Aduk perlahan dan terus-menerus selagi masih cair. Pukul dengan keras dan itu akan menjadi lebih kokoh di bawah kepalan tangan Anda. Ini adalah contoh klasik fluida non-Newtonian.

di dalam Cairan sempurnaViskositas sangat bergantung pada suhu dan tekanan: air akan terus mengalir terlepas dari gaya lain yang bekerja padanya, seperti pengadukan atau pencampuran. Dalam fluida non-Newtonian, viskositas berubah sebagai respons terhadap tekanan atau gaya geser yang diterapkan, sehingga melintasi batas antara perilaku fluida dan padat. Memindahkan secangkir air menghasilkan gaya geser, dan gunting air tersebut menyingkir. Viskositasnya tetap tidak berubah. Namun untuk fluida non-Newtonian seperti fluida buram, viskositasnya berubah ketika gaya geser diterapkan.

Kecap, misalnya, adalah cairan non-Newtonian yang sangat kental, itulah salah satu alasan mengapa memukul bagian bawah botol tidak membuat saus tomat keluar lebih cepat; Menerapkan kekuatan meningkatkan viskositas. Yogurt, kaldu, bubur, dan puding adalah contoh lainnya. Begitu juga dengan Oobleck. (Nama ini berasal dari buku anak-anak Dr. Seuss tahun 1949, Bartholomew dan Oobleck.) Sebaliknya, cat non-tetes menunjukkan efek “penipisan geser”, mudah disikat tetapi menjadi lebih kental setelah diaplikasikan ke dinding. Tahun lalu, para ilmuwan di Massachusetts Institute of Technology Dia membenarkan hal itu Gesekan antar partikel sangat penting dalam transisi dari cair ke padat, menentukan titik balik ketika gesekan mencapai tingkat tertentu dan viskositas tiba-tiba meningkat.

Wu bekerja di laboratorium ilmuwan material Yu (Jessica) Wang, yang memutuskan untuk mencoba meniru perilaku penebalan geser oobleck pada bahan polimer. Elektronik polimer fleksibel biasanya dibuat dengan menghubungkan polimer konduktif terkonjugasi, yang panjang dan tipis, seperti spageti. Namun bahan-bahan ini masih akan terurai akibat dampak yang sangat besar dan/atau cepat.

Jadi Wu dan Wang memutuskan untuk menggabungkan polimer mirip spageti dengan molekul polianilin yang lebih pendek dan polistiren sulfonat (3,4-ethylenedioxythiophene), atau PEDOT:PSS, yang seluruhnya merupakan empat polimer berbeda. Dua dari empat muatan positif, dan dua muatan negatif. Mereka menggunakan campuran ini untuk membuat film yang dapat diregangkan dan kemudian menguji sifat mekaniknya.

Film-film tersebut berperilaku seperti oobleck, berubah bentuk dan meregang sebagai respons terhadap benturan, bukannya hancur. Wang mengibaratkan struktur tersebut seperti semangkuk besar spageti dan bakso, karena molekul bermuatan positif tidak menyukai air, sehingga berkumpul menjadi struktur mikroskopis seperti bola. Dia dan Wu berpendapat bahwa struktur mikro ini menyerap energi tumbukan dan meratakannya tanpa hancur. Tidak perlu banyak PEDOT:PSS untuk mendapatkan efek ini: cukup 10 persen saja.

Eksperimen tambahan mengidentifikasi aditif yang lebih efektif: nanopartikel 1,3-propandiamin bermuatan positif. Partikel-partikel ini dapat cukup melemahkan interaksi polimer “bakso” sehingga dapat berubah bentuk lebih lanjut sebagai respons terhadap benturan, sekaligus memperkuat interaksi antara polimer-polimer yang panjang, bertautan silang, dan mirip spageti.

Langkah selanjutnya adalah menerapkan film polimer pada perangkat elektronik yang dapat dikenakan seperti tali jam tangan pintar dan sensor, serta perangkat elektronik fleksibel untuk pemantauan kesehatan. Laboratorium Wang juga telah bereksperimen dengan versi bahan baru yang kompatibel dengan pencetakan 3D, sehingga membuka lebih banyak peluang. “Ada sejumlah potensi penerapannya, dan kami sangat antusias untuk melihat ke mana properti baru yang tidak konvensional ini akan membawa kita.” kata Wang.