211service.com
Výuka starých polymerových paměťových triků
Výzkumníci odhalili vlastnosti tvarové paměti v komerčně dostupném polymeru, který se široce používá k výrobě membrán palivových článků. Polymer, Nafion, může mít čtyři různé tvary v reakci na změny teploty – výzkumníci již dříve vyrobili trojité tvary polymerů. Je to pravděpodobně nejuniverzálnější chytrý polymer, jaký byl kdy objeven, říkáTao Xie, polymerový vědec z výzkumného a vývojového centra GM ve Warrenu, MI, který zveřejnil své poznatky v tomto týdnu Příroda .
Morfovací magie: Výzkumníci vycvičili polymer Nafion, aby získal různé tvary při různých teplotách. Ve směru hodinových ručiček zleva nahoře: původní tvar polymeru; při 140 °C; při 107 °C; a při 68 ºC.
Polymery s tvarovou pamětí přecházejí z předem definovaného tvaru do jiného v reakci na spouštěče, jako je teplota, světlo nebo magnetické pole. Většina těchto materiálů má jeden dočasný tvar a trvalý stav, do kterého se vrátí při spuštění. Polymery jsou vyvíjeny pro samonastavitelná ortodontická rovnátka, samovazací stehy pro laparoskopickou chirurgii, lékařská zařízení, jako jsou cévní stenty a kostní implantáty, a letadla s křídly, která se během letu mění.
Všestrannost Nafionu jako vícetvarového polymeru je překvapivá, protože původně nebyl vyvinut pro tento účel, říkáAndreas Lendlein, průkopník polymerů s tvarovou pamětí ve výzkumném středisku GKSS v Teltow v Německu. Xie říká, že jeho zjištění naznačují, že široká škála polymerů s podobnými vlastnostmi by mohla být schopna několikrát změnit tvar.
Vlastnosti Nafionu pro změnu tvaru také naznačují, že by mohl mít více než čtyři tvary. Polymer může být naprogramován tak, aby morfoval při libovolných teplotách v širokém rozmezí, pokud jsou tyto teploty dobře odděleny. Xie dokázal naprogramovat tři přechody, takže celkem čtyři tvary. Říkáte si, kolik si jich pamatují.
Čím více tvarů si dokážete zapamatovat, tím složitější můžete vytvořit strukturu a funkci, říká Christoph Weder, chemik polymerůUniverzita ve Fribourguve Švýcarsku. Mohlo by to za prvé rozšířit současné aplikace: křídla letadel, která mají čtyři různé podoby; anténa kosmické lodi, která se roztahuje do různých šířek; a stenty s nastavitelnou šířkou, které by mohly být přesunuty z širší krevní cévy do užší nebo které by mohly být umístěny na větvi tepny.
V roce 2006 Lendlein a jeho kolegové vyvinuli materiál, který může nabývat tří tvarů v reakci na změny tepla. Klíčem bylo vyvinout dva typy polymerů s odlišnými teplotami tání. Materiál si udržoval jeden tvar při pokojové teplotě, posunul se do druhého tvaru, když byl zahřát nad jeden bod tání, a konečný tvar, když byl zahřát na ještě vyšší teplotu.
S Nafionem, říká Xie, nemusíme dělat nic přepychového. Může být naprogramován tak, aby držel více tvarů, protože má široký teplotní rozsah, 55 °C až 130 °C, kde zůstává měkký a gumový a může se deformovat. Většina polymerů má jednu takovou teplotu skelného přechodu; nad ním jsou gumové a dole křehké.
Programování polymeru zahrnuje zahřátí na vysokou teplotu v rozsahu skelného přechodu, deformaci a následné ochlazení na nižší teplotu při zachování deformační síly. Po události [chlazení] je tento tvar uzamčen, říká Xie. Deformací polymeru a jeho opětovným ochlazením se naprogramují další tvary.
Xie dokázal Nafion naprogramovat třikrát. Polymer spojuje tři dočasné tvary – dlouhý, delší a ohnutý – s teplotami, při kterých byl deformován. Když se zahřeje, cyklicky prochází dočasnými tvary, přechází z ohnutého do rovného a poté se zkracuje při těchto předem nastavených teplotách, dokud nedosáhne svého trvalého tvaru.
Ani materiál, ani koncept nejsou nové, říká Weder, ale jde o zajímavou práci a novinku, protože jde o první čtyřtvarový paměťový materiál. Xie si vezme kousek polymeru, který každý zná a hraje si s ním, a ukazuje nový trik s tímto polymerem, říká. V zásadě nevidím důvod, proč by to nemohlo nabýt více tvarů.