作者:安娜·德明,物理
(同organic)有机 《蛋清液报告》的第一作者张强(音)在曼尼托巴大学马尔科姆·兴的实验室里拿着蛋清水凝胶和液体的样本
信用:邢 设备足够灵活,佩戴舒适,足够灵敏,可以测量脉搏,并且透明,因此几乎不引人注意,对于从生物识别监控到免提用户界面的一系列应用来说,这是一个有吸引力的前景
然而,所需的材料性能仍然是一个很高的要求
许多研究集中在合成导电聚合物或导电纳米材料与柔性或弹性基底结合的可能性上,但迄今为止还没有一种能够同时满足这些应用的电子、光学和机械需求
现在,加拿大和中国的研究人员在《高级功能材料》杂志上报道说,一种从蛋清中提取的物质可能优于其他经济和环境成本高的替代品
基本相变 加拿大马尼托巴大学的研究员马尔科姆·邢(Malcolm Xing)在思考生物粘合剂时,首先将注意力转向了蛋清
邢(音译)解释说:“有一天,当我敲开一个鸡蛋准备做蛋制品时,我发现里面的蛋清又白又粘,总是粘在蛋壳里。”
进一步的研究表明,由蛋清形成的水凝胶结合材料即使在水下也能承受6公斤的重量
但是当水凝胶中交联的蛋清氨基酸链没有凝固时,出现了进一步的意外
邢和他的合作者发现,用于形成水凝胶的碱性溶液加入蛋清后,最终会引发进一步的相变,回到液体中,这种液体具有高透明度、离子导电性和低粘度,有利于柔性电子器件
正如邢和他的同事在以前的研究中观察到的那样,蛋清中的蛋白质富含羧基
当加入碱性溶液时,这些形成羧基离子,改变分子间的静电相互作用,使它们重新排列和交联,形成在稀碱性溶液中稳定的凝胶
然而,当这种水凝胶浸泡在碱性环境中时,它开始水解,再次改变氨基酸链的结构,形成液体
邢说:“据我们所知,我们是第一个报道碱性溶液在蛋清液-固-液转变过程中具有结构和破坏面的Janus作用的人。”
击败竞争对手 纳米材料复合材料和导电聚合物的透明度都被限制在90%左右
拉伸也是一个问题
纳米材料可以通过通常不导电的可拉伸材料提供导电路径,但它们易于聚集,拉伸材料会导致这些路径断裂
将导电聚合物和弹性弹性体结合在一起是有问题的,因为材料性能不匹配,导致行为的滞后变化
研究人员研究的另一种解决方案是金属液体,这种液体的低粘度防止了机械失配的问题,但它们的透明度进一步被限制在85%左右
邢,和他们在加拿大马尼托巴大学和中国南方医科大学的合作者描述了由水凝胶形成的蛋清液的特征,并测量了99的超高透明度
8%
邢认为这是因为水的含量很高(95%),而水本身是透明的
水凝胶中含有这些水的网络是部分反射性的,但由于在凝胶-溶胶转变过程中会发生坍塌,因此液体比水凝胶更透明
向液体的转变也增加了电导率,从16
9架S-m-1至20
4架S m-1
这种更坚固的水凝胶在液化前可以很容易地进行三维打印,这在生产用于弹性电子器件的弹性体混合结构时非常方便
当液体被封装在弹性体通道中时,所生产的材料的电阻率随着横截面积的减小而随着应变而增加,并且这种混合材料在重复拉伸和松弛之后的滞后非常低
77%
邢表示:“当我们在可穿戴电子产品中采用蛋清液作为导体时,这种可以忽略不计的磁滞现象是一个大惊喜,因为用这种简单的材料和设计很难获得这种性能。”
研究人员在一系列设备中利用了这些应变响应电子特性
他们展示了一种腕部脉搏监测仪,可以确定血管功能的更详细信息,如径向增强指数和脉搏传导时间
他们制作了一个用户界面咨询器,可以读取面部表情,并通过轻弹手腕来驾驶无线电控制的玩具汽车
最后,他们将蛋清液体和弹性体结构结合到摩擦电纳米发电机装置中,该装置在拍手时打开发光二极管
未来的研究将集中在开发蛋清液作为机器人和人造肌肉的智能材料
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