Команда исследователей из Университета штата Северная Каролина разработала новый материал, который одновременно является очень эластичным и герметичным. В основе материала, который может стать практичным решением для защиты гибкой носимой электроники, лежит сплав EGaIn.

При создании новых материалов учёным нередко приходится выбирать между взаимоисключающими характеристиками. К примеру, зачастую материалы, которые эффективно предотвращают проникновение жидкостей и газов, не отличаются высокой эластичностью. В то же время, если в материале важнее сохранить гибкость и пластичность, приходится жертвовать его герметичностью. Однако в рамках нового исследования инженеры и материаловеды из Университета штата Северная Каролина сумели создать материал, совмещающий в себе оба параметра. У истоков их успеха стоит уникальный эвтектический сплав галлия и индия (EGaIn), особенность которого заключается в том, что оба металла пребывают в жидкой форме при комнатной температуре. Стоит отметить, что EGaIn уже успел показать себя как универсальный материал. Прежде его успешно испытали в действии как компонент катализатора для улавливания углерода, основу растворяемых анатомических имплантатов, а также часть гибкой носимой электроники.

В рамках эксперимента по созданию герметичного эластичного изоляционного материала учёные поместили тонкий слой EGaIn в «чехол» из эластичного полимера. Внутри этого полимера также присутствовало множество крошечных стеклянных бусин, задача которых заключалась в том, чтобы не дать сплаву скапливаться в одной точке. Серия лабораторных тестов подтвердила, что такой многокомпонентный материал остаётся одновременно эластичными и водо- и воздухонепроницаемым. В частности, учёные удостоверились, что данный полимер является надёжным барьером для газов и жидкостей. Прежде всего они отследили степень испарения жидкого металла из полимерного «чехла», а также оценили, насколько надёжно контейнер из данного материала сможет удерживать кислород. Анализ результатов показал отсутствие потери жидкостей или газов.

Для испытания материала на практическом уровне исследователи протестировали его герметичность при условии совмещения с гибкой электроникой, включая аккумуляторную батарею и эластичную систему теплопередачи. EGaIn в сочетании с полимером позволил обоим приборам не просто сохранить, но повысить эффективность работы благодаря уменьшению утечек энергии. В рамках дополнительных экспериментов учёные добавили в плоскость полимера «окошко» передачи сигнала, которое позволяет сохранить герметичность материала, но делает возможным использование беспроводных коммуникаций с защищённым им устройством. Хотя тесты доказали, что в текущем виде данный материал является примером идеальной изоляции, для его коммерческого применения будет необходимо провести оптимизацию ряда факторов, среди которых – довольно высокая стоимость материала. Учёные считают, что и и в этом вопросе у них ещё есть пространство для манёвра. К примеру, согласно их расчётам, материал сохранит выявленный функционал даже с более тонким слоем сплава EGaIn, но это позволит снизить его стоимость.