ژنان بائو (Zhenan Bao) پژوهشگر دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا یک پلیمر حافظه‌دار ساخته است که با گرم شدن تغییر شکل می‌دهد. پلیمرهای جدید اجسامی تا ۵۰۰۰ برابر وزن خود را بلند کرده و شش برابر بیشتر از نسخه‌های پیشین انرژی ذخیره می‌کنند. این مواد هوشمند کاربرد بالقوه‌ای در رباتیک و کمک به افراد دچار اختلال حرکتی دارد. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

پلیمرهای دارای حافظه شکلی

پلیمرهای دارای حافظه‌ی شکلی دسته‌ای از مواد هوشمند هستند که می‌توانند پس از تغییر شکل (حالتی موقتی) به حالت اصلی و دائمی خود بازگردند. پلیمرهای حافظه‌دار با تغییر شکل کشیده می‌شوند و بسط می‌یابند. سپس می‌توان با اعمال گرما یا نور آنها را به حالت عادی بازگرداند.

پلیمرهای حافظه‌دار سنتی انرژی بسیاری را هنگام کشش ذخیره نمی‌کنند. به این معنی که هنگام بازگشت به حالت اولیه خود انرژی بسیاری آزاد نمی‌کنند، که این موضوع استفاده از آنها را محدود می‌کند، بویژه برای کارهایی که شامل بلند کردن یا جابجایی اجسام است.

ژنان بائو در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا و همکارانش اکنون یک پلیمر دارای حافظه‌ی شکلی تولید کرده‌اند که مقدار قابل توجهی انرژی را ذخیره و آزاد می‌کند. نسخه آنها ترکیبی از پلی‌پروپیلن گلیکول با واحدهای ۴*۴ متیلن بیس فنیل اوره است.

وقتی این ماده کشیده می‌شود، زنجیره‌های پلیمری از نظر فیزیکی تراز می‌شوند و پیوندهای بین مولکولی، که پیوندهای هیدروژنی نامیده می‌شوند، بین زنجیره‌ها شکل می‌گیرد. این پیوندها به مواد کمک می‌کند تا شکل بسیار کشیده خود را حفظ کنند. سپس، هنگامی که تا دمای ۷۰ درجه سانتیگراد گرم ‌شود، پیوندهای هیدروژنی شکسته می‌شوند و مواد به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. انرژی از شکستن پیوندهای این فرآیند آزاد می‌شود.

این پلیمر می‌تواند تا پنج برابر طول اولیه خود کشیده شود و تا ۱۷٫۹ ژول انرژی در هر گِرم در شکل گسترده آن ذخیره کند که شش برابر بیشتر از دیگر پلیمرهای دارای حافظه شکلی است. این ماده کاربردهای گوناگونی دارد، از جمله برای بلند کردن اجسام یا برای کمک به افرادی که در راه رفتن مشکل دارند. همچنین این پلیمر حافظه‌دار بسیار ارزان است و هزینه آن تنها ۱۱ دلار برای هر پوند است.

کاربرد

گروه برای نشان دادن کاربردهای بالقوه این ماده، مواد را به ماهیچه‌ای مصنوعی برای بازوی یک مانکن چوبی تبدیل کرد. وقتی پلیمر کشیده شده است مفصل آرنج مانکن صاف بود. سپس با اعمال حرارت، پلیمر منقبض و موجب خم شدن مفصل آرنج مانکن شد.

جاناتان ایتکن از دانشگاه شفیلد انگلستان می‌گوید: «استحکام بالای این مواد، روش جدیدی را برای طراحی مفاصل ارائه می‌دهد که قادر به بلند کردن چندین برابر وزن خود هستند». با این حال، او عملی بودن استفاده از گرما را زیر سؤال برد.

بائو امیدوار است با بررسی خواص این پلیمر بفهمد آیا مکانیزمی مولکولی وجود دارد که بتواند به طور خودکار در پاسخ به تغییرات کمتر دما پاسخ و راحتتر تغییر شکل دهد.

بیشتر بخوانیم:

>> تولید عضلات مصنوعی برای ربات های مینیاتوری با الهام از ساختار DNA

>> ساخت عضلات مصنوعی برای اسکلت بیرونی توان افزا با تکیه بر هیدروژن

منبع: DOI: 10.1021/acscentsci.1c00829

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است»