Ученые разработали новый гелеобразный материал со свойствами твердого тела и ионного проводника
Ученые на основе ионной жидкости, глины и целлюлозы получили новый, механически прочный и термически устойчивый ионогель, который обладает высокой ионной проводимостью в широком диапазоне температур (от -40 до +80 °C) и потенциально может использоваться для создания электронных устройств с ионными проводниками, например гибких датчиков или детекторов движения. Исследование опубликовано в журнале Coatings.
Важнейшее свойство ионогеля — электропроводность — обеспечивается включением в его структуру низкотемпературных расплавов органических солей, состоящих исключительно из ионов. Ионные жидкости обладают уникальными свойствами: они негорючи, термически и электрохимически стабильны, хорошо проводят ток и настолько нелетучи, что не испаряются даже в вакууме. В последнее десятилетие ученые на основе ионных жидкостей разработали различные электрохимические устройства: литиевые батареи, топливные элементы, технологию планируют использовать в качестве биохимических детекторов и сенсоров для биомедицинских целей. Текучесть ионных жидкостей ограничивает их использование в водной среде, так как они могут просто-напросто вытечь наружу. Ионогели — гибридные материалы, сочетающие свойства неорганической матрицы и ионной жидкости, обладают свойствами твердых тел и лишены этого недостатка.
Ученые из Института химии растворов им. Г. А. Крестова разработали простой способ получения ионогелей. В данном случае ионогели получали смешиванием ионных жидкостей с природными наноматериалами — глинистыми минералами и микрочастицами целлюлозы. Полученный материал обладает высокой пластичностью и пригоден для формования изделий методами экструзии. Его ионная проводимость сопоставима с лучшими ионными проводниками. Комбинация растворимого в ионной жидкости природного полимера — целлюлозы — с глиной позволила регулировать физико-механические свойства композита и изменять его электропроводность, регулируя соотношения составных элементов. Материал может работать в широком температурном интервале — от -30 до +80 °C. Полученные данные позволили лучше понять, как влияет нахождение вещества в ограниченном пространстве наноструктур на свойства ионогелей.
Чтобы использовать ионогели для биомедицинских целей, необходимо увеличить их эластичность. Эластичные ионные проводники за счет изменения проводимости при растяжении и сжатии могут использоваться при создании устройств для отслеживания движения, ряда физиологических параметров непосредственно на теле пациента. Благодаря этим свойствам гибкие датчики могут применяться в интерфейсах «человек — компьютер».
«Ионогели с экологически “чистым” целлюлозно-глинистым каркасом и биосовместимой ионной жидкостью в перспективе могут быть применены также для доставки лекарств через кожу или слизистые оболочки, когда внутривенное и пероральное введение не подходят, например если лекарства разрушаются или расщепляются в пищеварительной системе. Кроме того, значительные перспективы применения ионных жидкостей связаны с их высокой антибактериальной активностью. Однако для создания таких систем требуются отдельные исследования», — рассказал Александр Агафонов, ведущий автор исследования, заведующий лабораторией химии гибридных наноматериалов и супрамолекулярных систем Института химии растворов.