美國(guó)合成出能像金屬一樣導(dǎo)電的水凝膠

據(jù)美國(guó)《每日科學(xué)》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)科學(xué)家研制出一種具有導(dǎo)電性能的凝膠，其制作工序簡(jiǎn)單且快捷，并且可以使用噴墨打印機(jī)將其打印在其他物體的表面。科學(xué)家們表示，這種凝膠的應(yīng)用范圍非常廣泛，可用于制造生物傳感器和生物燃料電池等。研究發(fā)表在近出版的美國(guó)《科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系助理教授鮑哲南（音譯）、博士后于桂華（音譯）、材料科學(xué)和工程系助理教授崔藝（音譯）等通過(guò)將長(zhǎng)鏈的有機(jī)化合物苯胺與植物組織中天然存在的肌醇六磷酸結(jié)合在一起，制造出了這種能導(dǎo)電的水凝膠。新凝膠的手感和生物學(xué)行為與生物組織差不多，但其能像金屬或半導(dǎo)體一樣導(dǎo)電。他們表示，具有這種組合特征的材料有望在生物傳感器和下一代儲(chǔ)能設(shè)備領(lǐng)域大展拳腳。

鮑哲南說(shuō)：“目前，市面上也有一些能導(dǎo)電的聚合物，但它們都是整齊劃一的薄膜，沒(méi)有任何納米結(jié)構(gòu)。”相反，新凝膠使用的肌醇六磷酸一次能抓住6個(gè)聚合物鏈，制造出一個(gè)廣泛交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，終形成一種復(fù)雜的類(lèi)似于海綿的結(jié)構(gòu)。

科學(xué)家們表示，這種凝膠不同尋常的結(jié)構(gòu)賦予了其“不可思議的電學(xué)特性”。他們解釋說(shuō)，大多數(shù)水凝膠都通過(guò)大量緣分子黏合在一起，這就會(huì)減少其整體的輸電能力；但肌醇六磷酸是一種“小分子摻雜物”，這意味著當(dāng)它同聚合物鏈連接在一起時(shí)，它會(huì)借給聚合物鏈電荷，這種效應(yīng)就使新的水凝膠獲得了高的導(dǎo)電性。

另外，新的水凝膠擁有無(wú)數(shù)個(gè)小孔，這就增大了凝膠的表面積，讓其能抓住更多電荷，并對(duì)施加于其上的電荷快速作出反應(yīng)。所以，新凝膠與生物組織一樣，其表面積很大、導(dǎo)電能力很強(qiáng)，這使它非常適合成為生物系統(tǒng)與硬件之間的“橋梁”。

而且，人們也很容易對(duì)新凝膠進(jìn)行操控，因?yàn)槠湓诤铣芍岸疾粫?huì)凝固，可像液體一樣被打印或者噴射出來(lái)，并在合適的時(shí)候變成凝膠，這意味著制造商們可以使用較低的成本制造出圖案復(fù)雜的電。

科學(xué)家們認(rèn)為，新凝膠可以應(yīng)用于從醫(yī)療探針和實(shí)驗(yàn)室生物傳感器到生物燃料電池以及高能量密度的電容器等很多領(lǐng)域。