Ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв создали новый вид пластика, безопасный для окружающей среды. Его можно использовать в гибкой электронике, датчиках и других устройствах. Главное преимущество — материал не содержит фтора, который называют «вечным химикатом»: он почти не разлагается и вредит природе.

Пока что исследователи дорабатывают электрические и эластичные свойства материала, но потенциал огромен. Он гибкий, подходит для разных электронных устройств и при этом экологичный.

Принцип работы этого материала совершенно новый, — объясняет руководитель исследования Лей Чжу, профессор макромолекулярной науки и инженерии. — В отличие от других ферроэлектриков, ему не нужно кристаллизоваться, чтобы сохранять полярность, которая дает электрические свойства.

Ферроэлектрик — материал, который может «запоминать» направление электрического поля и менять его под внешним воздействием, как переключатель. Это полезно для создания компактных и энергоэффективных устройств.

Открытие опубликовано в журнале Science, а патент на материал уже подается.

Что такое ферроэлектрические полимеры

Полимеры — это длинные цепочки молекул, из которых делают пластик, но они есть и в природе — например, в ДНК. Изменяя структуру полимера, можно влиять на его прочность, гибкость и устойчивость к нагреву.

Ферроэлектрики — это материалы, которые могут «запоминать» электрическое поле, как переключатель. Они делают электронику компактнее и энергоэффективнее.

Где это пригодится

Новый материал мягкий и гибкий, а его электрические свойства можно включать и выключать. Это идеально для:

• датчиков в носимой электронике,
• инфракрасных сенсоров,
• медицинских УЗИ-аппаратов, потому что материал совместим с тканями организма.

Обычные ферроэлектрики — жесткие и хрупкие, а полимеры легкие и эластичные. Но популярный ферроэлектрик PVDF содержит фтор и не разлагается. Новый материал решает эту проблему.

Исследование началось с гранта от Минэнерго США в 2017 году, а потом получило поддержку Национального научного фонда.

Мы еще тестируем свойства материала, — говорит Чжу. — Но он может заменить вредный пластик в датчиках и сенсорах.

Главный плюс исследования — экологичность. Фторсодержащие полимеры десятилетиями накапливаются в природе, а альтернатива без фтора снизит нагрузку на окружающую среду.

Гибкость материала открывает двери для биосовместимой электроники: датчиков здоровья, имплантов, умной одежды. Сейчас такие устройства либо жесткие, либо токсичные при утилизации.

Еще одно применение — VR-очки и сенсоры в робототехнике, где важны легкость и эластичность.

Исследователи признают, что электрические свойства материала пока не идеальны. Без доработок он может уступать традиционным аналогам в эффективности. Кроме того, масштабное производство экополимеров часто дороже, чем обычного пластика — будет ли он коммерчески выгодным?

Ранее мы разбирались в том, что такое биополимеры.