Aludttej adta az ötletet az akkumulátorok és szenzorok új generációjához

A tépőzáraktól kezdve a szonárokon át a napelemekig számos olyan úttörő találmányt láttunk már, amelynek alkotóit egy természetes jelenség ihlette. Az austini Texasi Egyetem mérnökei által vezetett kutatócsoport ezúttal egy teljesen hétköznapi biológiai-kémiai reakcióban lelhetett rá a következő generációs érzékelők és elemek szent gráljára.

Megfigyelték, hogy a melegítésre zsíros felületi hártyát növesztő tejben zajló folyamatokhoz hasonló reakcióval rugalmas gélfóliát lehet létrehozni. Ebből aztán szenzorok és akkumulátorok készíthetők, például a robotika vagy a viselhető elektronika területe számára.

A tej a forralása közben hajlamos arra, hogy a felszínén denaturált fehérjékből és zsírokból álló, bőrszerű réteget képezzen – írják a tanulmányt szerző tudósok a Nature Synthesis című, lektorált tudományos folyóiratban. Guihua Yu, a Cockrell School of Engineering Walker Gépészmérnöki Tanszékének és a Texasi Anyagtudományi Intézetnek a professzora kifejtette: ez a jelenség motiválta a kutatókat arra, hogy különböző anyagokban is megvizsgálják a könnyen elválasztható, multifunkcionális gélmembránok előállításának lehetőségét.

Ezek a gélmembránok hasonlítanak a hidrogélekhez, hiszen ugyanúgy folyadékkal körülvett polimerhálózatok. Míg a hidrogélekben a víz a folyékony elem, addig az újonnan kifejlesztett membránok ionos folyadékot tartalmaznak - innen az „ionogélek” elnevezés.

Az ionogélek rugalmasabb szerkezetűek, az ionoknak nagyobb mozgásteret biztosítanak, így nagymértékben vezetőképesek és nagyon érzékenyek. Ezek a tulajdonságok az ionogéleket elsődleges jelöltekké teszik, hogy szenzorokká váljanak, különösen a mozgás, a szívverés és más, az egészséggel kapcsolatos paraméterek nyomon követésére, a viselhető elektronikában. De a kutatócsoport – amelyben képviseltették magukat az Északkeleti Erdészeti Egyetem, valamint a kínai Senjangi Vegyipari Technológiai Egyetem munkatársai is – megfigyelte, hogy ezek a membránok akár szilárdtest-akkumulátorok elektrolitjaként is szolgálhatnának. A fenntartható biomassza anyagokat bizonyos oldószerekbe mártva egy ún. „dip-and-peel” eljárással a molekulák vékony filmekké rendeződnek át az anyag szélén, így olyan kétdimenziós ionogél membránokat hoznak létre, amelyek akár egy csipesszel is könnyen eltávolíthatók.

A tudósok szerint a kidolgozott eljárás különböző anyagokon szintén működik, és alacsonyabb bekerülési költségei nagyon gyors skálázhatóságot is lehetővé tesznek. Lényeges még, hogy a folyamat gond nélkül módosítható, a szerint, hogy a kívánt filmréteget milyen igény szerint kell vastagítani, vagy épp' vékonyítani.

„Ez az egyszerű, mégis hatékony, oldószerrel indukált önösszeszerelési módszer valóban lehetővé teszi funkcionális 2D polimerfilmek gyors és méretezhető előállítását, különböző fenntartható biomassza anyagokból – többek között cellulózból, kitozánból, selyemfibroinból, vagy guargumiból” – magyarázta Nancy Guo, az MIT posztdoktori kutatója, egyben a cikk egyik vezető szerzője.

A csapat most a mechanikai tulajdonságok optimalizálása felé igyekszik finomhangolni a folyamatot az olyan fejlett technológiákat kiszolgáló alkalmazásokhoz, mint a viselhető elektronika, a robotika és a mesterséges intelligencia.

Gábor János