Британские ученые создали биоразлагаемые нанокомпозитные пленки. Эта разработка может предложить экологичную замену пластиковым электронным компонентам, традиционно изготавливаемым на основе нефтепродуктов.
В будущем развитие рынка электроники предполагает замену традиционных материалов на биополимеры, например крахмал. Это позволит, с одной стороны, отказаться от использования ограниченных и нефтехимических ресурсов, а с другой – существенно уменьшить количество токсичных отходов, накапливаемых по всему миру. Скорость обновления гаджетов растет параллельно с темпами их производства. В связи с этим, потребность в экологичных решениях для электроники становится все более актуальной: речь идет об устройствах, потребляющих меньше энергии, изготовленных из доступных и недорогих материалов, способных, в идеале, разлагаться естественным путем и не требовать захоронения.
Ученые из Лондонского университета королевы Марии (Великобритания) создали перспективный экологичный материал. В качестве основы для его создания использовали крахмал – биоразлагаемый полисахарид и пленкообразователь, получаемый из растений, таких как кукуруза, картофель и горох. Среди его достоинств – высокая растворимость в воде и более низкая стоимость по сравнению с другими полимерами (целлюлозой, лигнином и белками). Крахмал также содержит гидроксильные группы, что позволяет проводить его сшивание, то есть формировать поперечные (межмолекулярные) связи, повышающие прочность материала.
Благодаря своим ценным характеристикам, таким как возобновляемость, биоразлагаемость в почве и воде, легкость, простота создания гибких пленок и гелей, а также биосовместимость, он представляет собой перспективный материал для применения в биологической и медицинской сферах. Недаром крахмал находит широкое применение как в пищевой, так и в непищевой промышленности, где он используется в качестве сырья для ферментации, компонента клеев и связующих веществ для бумаги, в химической промышленности и в текстильной отрасли.
Для создания электропроводящего наполнителя в нанокомпозите ученые применили электропроводящую композицию на основе максена — карбида титана, представляющего собой слоистый двумерный материал, основанный на карбидах или нитридах переходных металлов. Макс был равномерно распределен в крахмальной матрице и показал высокую совместимость с ней, формируя водородные связи. Изменяя концентрацию максена, исследователи регулировали прочность, электропроводность и коэффициент тензочувствительности – показатель чувствительности датчика.
Материал показал высокие электромеханические свойства и стабильные электрические характеристики, что делает его перспективным и универсальным компонентом для широкого спектра применений, включая электронные устройства. На основе пленки возможно создание датчиков, фиксирующих движения человека, а также электронных покрытий с интеллектуальными функциями.
В отличие от материалов, созданных на основе нефтепродуктов, крахмальный композит подвергается разложению в почве всего за месяц, что подтверждает его экологическую безопасность. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.