دانشمندان برای ساخت پلاستیک هوشمند از موجودات زنده (از درختان گرفته تا صدف ها) الهام گرفتند. محققان دانشگاه تگزاس در آستین، ذهن پیشرفته جمعی خود را بر روی ایجاد پلاستیکی متمرکز کردند که زندگی واقعی را تقلید کند. این مانند بسیاری از اشکال زندگی است که در بعضی جاها نرم و کششی و در بعضی جاها سخت و سفت هستند.
موفقیت آنها، برای اولین بار، استفاده از نور و یک کاتالیزور برای تغییر خواصی مانند سختی و کشش در مولکولهای هم نوع بود. ماده حاصل ده برابر قوی تر از لاستیک طبیعی است و به خوبی می تواند انعطاف پذیری الکترونیک و رباتیک را تغییر دهد. این یافته ها اخیرا در مجله Science منتشر شد.
زکریا پیج، استادیار شیمی و نویسنده مسئول در این مقاله گفت: “این اولین ماده از نوع خود است. توانایی کنترل کریستالیزاسیون و در نتیجه خواص فیزیکی مواد، با اعمال نور، به طور بالقوه برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی یا محرکها در رباتیک نرم دگرگونکننده است.”
زمینه
در علم، محققان مدتهاست که خواص ساختارهای زنده را مطالعه کردهاند و میخواهند از آنها تقلید کنند. ساختارهای زنده ای مانند پوست و ماهیچه از مواد مصنوعی ساخته می شوند. در موجودات زنده، سازه ها اغلب ویژگی هایی مانند استحکام و انعطاف پذیری را به راحتی با هم ترکیب می کنند. هنگام استفاده از ترکیبی از مواد مصنوعی برای تقلید از این ویژگیها، مواد اغلب شکست میخورند، از هم جدا میشوند و در محل اتصال ویژگیهای مختلف پاره میشوند.
پیج گفت: “اغلب، هنگام گرد هم آوردن مواد، به خصوص اگر خواص مکانیکی بسیار متفاوتی داشته باشند، می خواهند از هم جدا شوند.”
پیج و تیم دانشگاه تگزاس در آستین توانستند ساختار یک ماده پلاستیکی مانند را کنترل و تغییر دهند. آنها از نور برای تغییر میزان سفت یا کششی مواد استفاده کردند.
فرآیند تولید پلاستیک هوشمند
شیمیدان از یک مونومر استفاده کرد که یک مولکول کوچک است که با دیگر مانند آن متصل می شود تا بلوک های ساختمانی برای ساختارهای بزرگتر به نام پلیمر تشکیل دهد. در این مثال، پلیمرها مشابه پلیمرهایی بودند که در متداول ترین پلاستیک ها یافت می شوند.
حدود دوازده آزمایش طول کشید تا اینکه یک کاتالیزور پیدا شد. کاتالیزوری که وقتی به مونومر اضافه شد و سپس نور مرئی نشان داده شد، منجر به پلیمری نیمه بلوری شد که مشابه پلیمر موجود در لاستیک مصنوعی موجود است. مواد سفتتر و سختتری در مناطقی که نور لمس میکردند تشکیل شد، در حالی که خواص مناطق بدون نور نرم و کشدار باقی ماندند.
در ماده حاصل صفات اغراق آمیز بود. زیرا از یک ماده با خواص متفاوت ساخته شده است. قویتر بود و میتوانست بیشتر از سایر مواد مخلوط کشیده شود. واکنش در دمای اتاق انجام میشود، مونومر و کاتالیزور بهراحتی در بازار موجود است و منبع نور LEDهای آبی ساده بود. همه چیز در بازار موجود و ارزان است.
علاوه بر این، واکنش در کمتر از یک ساعت انجام میشود و استفاده از زبالههای خطرناک را به حداقل میرساند که این فرآیند را سریع، ارزان، انرژی کارآمد و از نظر زیستمحیطی بیخطر میسازد.
آینده مطالعه
محققان در مرحله بعدی بر روی جستجوی اشیاء بیشتر و متفاوت برای توسعه با این ماده متمرکز شده اند تا قابلیت استفاده آن را آزمایش کنند. این تیم در حال پیشبینی یک ماده انعطافپذیر است که میتواند برای لنگر انداختن قطعات الکترونیکی در مواردی مانند دستگاههای پزشکی یا سایر فناوریهای پوشیدنی استفاده شود. در رباتیک مواد قوی و انعطاف پذیر برای بهبود حرکت و دوام مطلوب هستند. باید دید نتیجه ساخت این پلاستیک هوشمند چه خواهد شد.
دیدگاهتان را بنویسید