温度と耐久性に優れた高度な「BTS」素材を設計

2023年2月20日の特集

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Thamarasee Jeewandara、Phys.org 著

材料科学者は自然からインスピレーションを受けることが多いため、高度な材料を設計する手がかりとして生物学的化合物を使用します。 人工材料の分子構造や機能モチーフを模倣し、さまざまな機能の設計図を提供することが可能です。 Science Advances の新しいレポートで、Tae Hyun Kim 氏と米国と韓国のカリフォルニア工科大学およびサムスン高等工科大学の研究チームは、柔軟な生体模倣熱感知ポリマー (略称 BTS) を作成しました。ペクチンのイオン輸送ダイナミクスを模倣します。 植物の細胞壁の成分。

研究者らは多用途の合成手順を使用し、ポリマーの性質を弾性、柔軟性、伸縮性のあるものに設計しました。 この柔軟なポリマーは、酸化バナジウムなどの最先端の温度感知材料を上回りました。 機械的変形にもかかわらず、熱センサー一体型材料は摂氏 15 度から 55 度の範囲で高い感度と安定した機能を示しました。 柔軟な BTS ポリマーの特性により、時空にわたる温度変化をマッピングし、さまざまな用途に関連する広帯域赤外線光検出を容易にするのに適しています。

有機電子材料は、コスト効率が高く、多機能であるため、従来のシリコンベースのマイクロエレクトロニクスに代わる競争力のある代替品です。 材料科学者は、柔軟性や弾性などの特定の特性を備えたウェアラブルおよび埋め込み型デバイスのさまざまなセンシング用途に合わせて、分子レベルでそのような材料の特性を調整しようとしています。 現在、さまざまなソフトでアクティブな材料を形成するための全有機電子デバイスに対する需要が高まっています。 たとえば、有機熱センサーは、制限はありますが、遠隔医療やロボット工学に適しています。

したがって、研究者は、ペクチンの最近の研究を通じて、比較的単純な足場を使用して、高い熱応答性と柔軟性を備えた有機材料を開発しようと努めてきました。 構造的および機能的に複雑な多糖類からなる植物細胞壁成分。 感知要素としてペクチンを使用して開発されたデバイスは構造的に不安定であるため、Kim らは、ペクチンの構造的および機能的モチーフから生物インスピレーションを得た、新しい柔軟な生体模倣熱感知 (BTS) ポリマーを導入しました。 研究者らは、汎用性の高いリビングラジカル重合法を使用して、有機電子材料に適した固有の機械的安定性と柔軟性を備えた構造を設計しました。

科学者らは、複雑なペクチン構造を卵箱複合体を備えたより単純な骨格に還元することでポリマー構造を作成し、ポリマーに機械的安定性を追加しました。 研究チームは、ゲル浸透クロマトグラフィーと核磁気共鳴測定を使用して、ブロック共重合体の構造成分を検証した。 研究チームは、柔軟なBTSポリマー溶液に二価のカルシウムイオンを添加し、イオン性架橋のネットワークを明らかにした。

彼らは、膜形成の挙動を理解するために全反射減衰フーリエ変換赤外分光法でプロセスを監視し、特徴的なピークが設計されたポリマーの構造を示しました。 彼らは、フィルムの機能をさらに調査するためにイオンの濃度を変化させました。