受電鰻啟發 柔軟有彈性的「果凍電池」
編譯/高晟鈞
來自劍橋大學的研究人員從電鰻中汲取靈感,開發出一種柔軟、可拉伸的「果凍電池」,可以用於穿戴式設備和軟機器人,甚至植入大腦幫助輸送藥物和治療癲癇等疾病。
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來自電鰻的靈感
電鰻使用特化的肌肉細胞「電細胞」來擊暈獵物,以此為靈感,研究團隊所開發的果凍電池,由水凝膠製成,聚合物網路中含有超過60%的水。這種果凍狀材料具有分層結構,就像有黏性的樂高積木一樣,可以提供電流。傳統電子產品使用以電子為載體的剛性金屬材料,而果凍電池則使用離子來攜帶電荷,就像電鰻一樣。
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相互矛盾卻有同時存在
我們都知道,設計出同時具有高度延展性和導電性的材料非常困難,這是因為這兩種特性通常相互矛盾。一般來說,當材料被拉伸時,他的導電率也會下降。
水凝膠通常是由電中性的聚合物製成,但如果給他們充電,便能夠導電。通過改變每種凝膠的鹽類成分,將變得更加黏稠並壓成多層,最大化水凝膠的能量潛力。不同層之間的水凝膠可以形成可逆的鍵,使用稱為葫蘆脲的桶形分子,就像分子手銬一樣。分子手銬提供層與層間的超強附著力允許果凍電池被拉伸,各層卻不會分離,也不會損失任何導電性。
這種可以精確控制機械性能和模擬人體組織特徵的能力,使得果凍水凝膠電池成為軟機器人和生物電子學的理想材料。由於不含有金屬成分,因此這類水凝膠植入物不會被身體排斥。
目前,研究人員正在計劃未來的實驗,以測試生物體中的水凝膠,以評估它們對一系列醫療應用的適用性。除此之外,它們還能在損壞時可以自我修復。
資料來源:Innovations
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