可以通过电信号控制将体积增加/减小100倍的合成材料

时间：2022-03-14 15:25:06 来源：

约翰内斯·格拉迪施（Johannes Gladisch）正在从事实验。

有机电子实验室的研究人员发现，一种材料在暴露于弱电脉冲时既可以增加又可以减小其体积。在海绵或过滤器中，研究人员可以控制通过的颗粒的大小。

长期以来，可以根据温度或pH值改变体积的材料（例如固体和凝胶）已经存在。此类材料用于控制单元（其中一个示例是温室中的窗户，窗户会根据温度自动打开和关闭）。它们还用于机器人和其他机电系统以及生物医学中。然而，研究人员一直期待的一个特性是借助电信号将材料从固体形式转变为凝胶态。特别希望这种对相变的电子控制是可逆的。目的是能够通过电气方式控制音量。在目前的材料中，这是可能的，但研究人员最多只能将体积增加一倍。

新材料

诺尔雪平校区有机电子实验室的科学家现在发现了一种新材料，一种导电聚合物，可以使其体积增加100倍以上。该材料是与伦敦帝国理工学院的研究人员合作合成的。当将材料放入电解质中并承受+0.8 V的弱电压时，就会发生这种变化。相反，如果施加负电压-0.8 V，则材料会收缩，几乎全部收缩回到其原始体积。

这不仅在导电聚合物中而且在受电信号控制的其他材料中，其体积变化都比以前报道的要大得多。

该材料已放置在导电纤维周围。与电解液接触时，当施加第一个脉冲0.8 V时，电解液会膨胀至其体积的100倍。当随后施加-0.8 V的脉冲时，它几乎恢复到其原始形式。可以重复几次。

Johannes Gladisch和Eleni Stavrinidou进行的实验涉及将导电聚合物以大约几微米厚的薄膜放置在导电碳纤维周围（如此处链接的视频所示）。当施加大小为+0.5 V或+0.8 V的电脉冲时，该材料会改变其内部结构，然后吸收水，最后转变为凝胶，该凝胶膨胀至原始体积的14或120倍。当重复施加大小为+/- 0.5 V的脉冲时，该材料相对于其先前的收缩状态将膨胀大约300％或三倍。音量的变化是可逆的。

改变毛孔

科学家还在发表在《先进科学》上的文章中描述了一种应用。这是一种智能海绵或过滤器，它们可以通过电子方式控制膨胀，并以此方式将孔径改变85％。

Eleni Stavrinidou，Johannes Gladisch和Magnus Berggren的新材料。

“我们可以通过电子方式控制过滤器的孔径，并有可能积极地控制通过的颗粒的大小。这意味着可以动态更改此智能滤镜的属性，以允许不同类型或不同大小的粒子通过。此功能可用于筛分，过滤，纯化和过程化学中。它也可能在医学和生物化学领域有应用。”有机电子学教授兼有机电子实验室主任Magnus Berggren说。

参考：Johannes Gladisch，Eleni Stavrinidou，Sarbani Ghosh，Alexander Giovannitti，Maximilian Moser，Igor Zozoulenko，Iain McCulloch和Magnus Berggren撰写的“共轭聚合物的可逆电子固体-凝胶交换”，Advanced Science.DOI：
10.1002 / advs.201901144

这项研究得到了Knut和Alice Wallenberg基金会，Wallenberg木材科学中心，瑞典研究委员会（VR）和瑞典政府在林雪平大学高级功能材料材料科学战略研究领域的资助。

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