Električni vod – od gume

Sloj zlata nanesen na elastičnu podlogu – to bi bio najjednostavniji opis novog, elastičnog vodiča električne struje. No iza tog jednostavnog opisa krije se nanotehnologija i – neobična primjena.

Nenad Raos ponedjeljak, 15. srpnja 2019. u 06:00

Jezikoslovci kažu da je svaka riječ zapravo metafora. To posebice vrijedi za riječi koje se razvijaju u okrilju struke, dakle one koje pripadaju nomenklaturi i terminologiji. Srođuje li se živa sa sumporom (postaje li mu punica)  kada s njime gradi HgS – jer kažemo da živa ima afinitet (lat. affinitas = rod po ženidbi ili udaji) prema sumporu? Ili, straši li se šatorsko platno vode zato što je hidrofobno? Naravno da ne. Pa iako sam se već odavno navikao susretati sa svakakvim metaforama u stručnoj terminologiji, a još više u stručnom žargonu, ipak sam pred jednim primjerom prenesenog značanja ostao, štono se kaže, paf. Riječ je o „standing enokitake-like gold-nonowire-based film“, što bi se hrvatski reklo „film utemeljen na uspravnim zlatnim nanožicama u obliku baršunaste panjevčice“.

Baršunasta panjevčica (enokitake) je termin koji ne pripada ni kemiji, ni fizici, a ponajmanje elektronici – riječ je o vrsti gljive, kojoj je sustavno ime Flammulina velutipes. Raste, samo ima kaže, u trulim panjevima, naročito vrbinim. Dobra je za jelo, no jede se samo klobuk. No dosta o gljivama (i metaforama).

Ovdje je riječ o nečem drugom, dakako. Riječ je o uspjelom pokušaju kineskih i australskih znanstvenika (objavljenom u časopisu ACS Nano) da naprave rastezljivu elektroniku (stretchable electronics) ili, kraće, elastroniku (elastronics), dakle takve elektroničke elemente koji će se moći prilagođavati pokretima tijela u koje su ugrađeni.

Oni bi se trebali lako stezati i rastezati s kožom, no i s unutrašnjim organima, kada postanu dijelovima implantanata. Ima mnogo vrsta elektroničkih elemenata  (kondenzatori, otpornici, diode, tranzistori…), no elektronički element o kojem je ovdje riječ, „film utemeljen na uspravnim zlatnim nanožicama u obliku baršunaste panjevčice“ zapravo je električni vod, električna žica – no elastična.

Jednostavno rečeno, „gljivasti“ električni vod nije ništa drugo nego zlatni film nanesen na elastičnu, gumenu (elastomernu) podlogu. No njegova je struktura, pa stoga i izrada vrlo složena. Elastomerna podloga (od polietilen-tereftalata, PET, ili silikonske gume, PDMS i Ecoflex) prvo se izloži plazmi kisika kako bi joj površina postala hidrofilna.

Nakon toga se preparira (3-aminopropil)trimetoksisilanom (APTMS). Taj se kemijski spoj veže za polimernu podlogu da bi potom vezao 3 do 5 nanometara velike nanočestice zlata. One služe kao sjeme (jezgre kristalizacije) iz kojeg će – dodatkom otopine „zlatne kiseline“, HAuCl4, te askorbinske kiseline (vitamina C) kao reducensa – izrasti do 14 mikrometara duge zlatne (nano)žice. (Rast nanožica ne traje dugo, do pune duljine narastu za samo 20 minuta.) Pogled kroz mikroskop otkriva sličnost te strukture s kolonijom spomenute gljive, baršunaste panjevčice.

Kada se elastična podloga rasteže, jasno je, na njoj izrasle zlatne nanožice ne gube međusobni kontakt, pa struja i dalje teče. Ipak, kontakt slabi pa električni otpor postaje sve veći. Na prvi pogled to nije dobro, jer rastezanje vodiča smanjuje njegovu vodljivost, no s druge strane upravo to svojstvo omogućuje mjerenje stanja folije. Graf ovisnosti otpora o rastezanju elastomera jasno pokazuje da se vodič može rastegnuti za 800 % dok sasvim ne izgubi vodljivost. U cijelom području deformacije električni otpor vodiča raste linearno, a usto je „film u obliku baršunaste panjevčice“ izuzetno elastičan, pa ne gubi fizička, uključujući i električna svojstva ni nakon 2000 ciklusa istezanja.

Iz opisanih se svojstava jasno nazire primjena. Naljepljen za zglob vodljivi bi elastični film mogao lako i precizno detektirati njegove pokrete, a pričvršćen na lice otkrivati emocije. One se naime mogu prepoznati iz rada 11 skupina mišića, pa bi se uspoređivanjem napetosti kože na karakterističnim točkama mogle utvrditi emocije poput tuge, zadovoljstva, bijesa, iznenađenja i straha.

Primjena? Autori članka kažu da bi takvo „električno“ mjerenje emocija dobro došlo za dijagnosticiranje autizma kod djece, no – rekao bih – i za druge, ne nužno medicinske svrhe.

 

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.