Uut tüüpi hüdrogeel võib olla aluseks kõrgtehnoloogilistele energiasalvestuselektroodidele ja biosensoritele, ütlevad Stanfordi Ülikooli teadlased, kes kasutasid oma uurimuses juhtivat polümeeri polüaniliini (PAni), et valmistada suurepärast elektrooniliste ja elektrokeemiliste omadustega poorne nanostruktuurne materjal.
PAni hüdrogeel.
,,Meie materjal ühendab hüdrogeelide (millel on suur pindala) ning orgaaniliste juhtide (millel on kõrge elektrijuhtivus ja head elektrokeemilised omadused) eelised,” laususid uurimuses osalenud teadlased Lijia Pan ja Guihua Yu. Seega saaks seda kasutada erinevates kõrgtehnoloogilistes elektrokeemilistes seadmetes, seehulgas superkondensaatorites ja ülitundlikes biosensorites, kirjutab Physicsworld.com.
Hüdrogeelid on kolmedimensionaalsed polümeervõrgustikud, mis suudavad endas hoida suures koguses vett ning mille struktuur sarnaneb bioloogilise koe ehitusele. Enamus hüdrogeele põhinevad mittejuhtivatel polümeermaatriksitel, kuid see piirab nende kasutuskõlblikkust elektroonikas. Antud uurimuses kajastatud materjali valmistamisel kasutati PAni dopeerimiseks ja ühendamiseks ning mainitud piirangute ületamiseks fütaanhapet, mis on hea iooniline juht.
Esmalt segasid teadlased kaks lahust kokku. Esimene neist algatab polümerisatsioonireaktsiooni, teine aga sisaldab aniliini nimelist monomeeri ning dopeerivat fütaanhapet. Hüdrogeel tekib kõigest kolme minutiga, seda seetõttu, et iga fütaanhappe molekul sisaldab kuute fosforrühma, mis reageerivad korraga mitme polümeeriahelaga.
,,Me näitasime, et me suudame antud juhtivat polümeer-hüdrogeeli valmistada suures koguses ning sellele ka printimise ja pihustamise abil erinevaid mustreid peale kanda,” lausus Pan. ,,See tähendab aga seda, et me saame üpriski kergesti toota elektroonilisi ja elektrokeemilisi seadmeid suures skaalas, seehulgas ka biosensorite massiive ja mikro-superkondensaatoreid.
PAni hüdrogeeli erimahtuvus on umbes 380 F/g ning selle laadumis/tühjenemis tsükkel on võib olla väga kiire, tähendades seda, et materjal võib olla ideaalne sellistes rakendustes nagu elektrisõidukid ja energiasalvestusvõrgustikud. Võrdluseks võib mainida, et tööstisliku süsiniku erimahtuvus on vaid 100 F/g.
Lisaks valmistasid teadlased uue hüdrogeeli abil eksperimentaalse glükoosisensori, saades häid tulemusi: hüdrogeeli reageerimisaeg on vaid 0,3 sekundit (tööstuslike glükoosisensorite reageerimisaeg on umbes 20 sekundit). Edasi plaanivad teadlased valmistada uusi hüdrogeele, mis põhinevad erinevatel juhtivatel polümeeridel. ,,Me proovime viia oma tehnoloogia erinevatesse tehnoloogia valdkondadesse, see hulgas kõrge efektiivsusega liitium-akude, elektrokeemiliste seadmete, neuron-elektroodide ja isegi elektroonilise naha välja töötamisse,” lisas Yu.
Teadusartikkel: “Hierarchical nanostructured conducting polymer hydrogel with high electrochemical activity“
Leave a Reply