“爆炸渗流”过程带来先进导电涂料

来源:众壹云 发布日期:2022-12-23 15:00

据发表在《自然·通讯》杂志上的一项新研究,英国苏塞克斯大学的研究人员利用“爆炸渗流”过程开发出一种高导电聚合物纳米复合材料,该过程类似于病毒的网络传播。这一发现是一个偶然,对研究人员来说也是科学上的第一次。

渗流过程是液体技术发展中的一个重要组成部分,它是一个系统中的统计连通性,比如当水流经土壤或咖啡渣。“爆炸渗流”这一数学过程也可应用于人口增长、金融系统和计算机网络,但在材料系统中从未见过,而这正是研究人员希望看到的过程。

在实验中,研究人员将聚合物乳胶球加入氧化石墨烯中。通过干燥这种溶液,就像干燥油漆一样,氧化石墨烯被困在球体之间,随着加入更多的石墨烯,这些石墨烯薄片最终在乳胶膜内形成一个“渗流”网络。

然而,由于氧化石墨烯不导电,研究人员进行了一些温和的加热(150℃,类似用于干燥油漆的热枪的温度),以消除化学缺陷。此时,这些薄膜不仅像预期的那样具有导电性,而且比完全由石墨烯制成的薄膜的导电性更强。他们见证了导电性呈指数级增长。

这种新出现的材料行为带来了一种新的高导电涂料解决方案,因为氧化石墨烯是一种廉价且易于大规模生产的纳米材料。导电涂料和油墨在新的印刷技术中有一系列应用,例如赋予涂层抗静电等特性或制造可阻挡电磁干扰(EMI)的涂层,在可穿戴健康监测器的开发中也至关重要。

研究人员称,此次实验中渗流网络的发展类似于高传播性病毒变种的出现,可让科学家利用流行病模型来开发令人兴奋的新材料。

研究人员还指出,由于氧化石墨烯的廉价和可扩展特性,这一成果将带来可负担得起的高导电聚合物复合材料,从而极大地提高包括电池在内的电动汽车材料的可持续性,并有可能在陶瓷等材料中添加导电涂层。

渗流,是数学、统计物理和网络科学中的基本问题之一,也常被用来分析病毒传播、信息传播和社会关系。爆炸渗流,形象地描述在复杂网络之中,当某种东西达到阈值就会引起爆炸性甚至失控地改变。研究人员此次创造性地将这一理论用新材料的生成,让石墨烯薄片在乳胶膜内形成一个“渗流”网络,石墨烯薄膜构成的这一导电系统呈指数级增长。研究人员认为,类似方法可以让科学家利用流行病模型来开发新材料,这也再次彰显了学科融合交叉对创新的促进作用。

(原载于《科技日报》 2022-12-21 04版 国际)

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