211service.com
Senų polimerų atminties gudrybių mokymas
Tyrėjai atskleidė formos atminties savybes komerciškai prieinamame polimere, kuris plačiai naudojamas kuro elementų membranoms gaminti. Reaguodamas į temperatūros pokyčius polimeras „Nafion“ gali įgauti keturias skirtingas formas – tyrėjai anksčiau gamino trigubų formų polimerus. Tai neabejotinai pats universaliausias kada nors atrastas išmanusis polimeras, sakomaTao Xie, polimerų mokslininkas iš GM tyrimų ir plėtros centro Vorene, MI, kuris paskelbė savo išvadas šios savaitės žurnale. Gamta .
Morfavimo magija: Tyrėjai išmokė polimerą Nafion įgauti skirtingas formas esant skirtingoms temperatūroms. Pagal laikrodžio rodyklę iš viršaus į kairę: pradinė polimero forma; 140 ºC temperatūroje; 107 °C temperatūroje; ir 68 ºC temperatūroje.
Formos atminties polimerai keičiasi iš iš anksto nustatytos formos į kitą, reaguodami į tokius veiksnius kaip temperatūra, šviesa ar magnetinis laukas. Dauguma šių medžiagų turi vieną laikiną formą ir nuolatinę būseną, į kurią suveikia suaktyvinus. Polimerai kuriami savaime susireguliuojantiems ortodontiniams breketams, savaime susirišantiems siūlams laparoskopinėms operacijoms, medicininiams prietaisams, tokiems kaip kraujagyslių stentai ir kaulų implantai, ir orlaiviams su sparnais, kurie skrydžio metu keičiasi.
„Nafion“, kaip daugiaformis polimeras, universalumas stebina, nes iš pradžių jis nebuvo sukurtas šiam tikslui.Andreasas Lendleinas, formų atminties polimerų pradininkas GKSS tyrimų centre Teltove, Vokietijoje. Xie sako, kad jo išvados rodo, kad daugybė polimerų, turinčių panašias savybes, gali keletą kartų pakeisti formą.
„Nafion“ formą keičiančios savybės taip pat rodo, kad jis gali įgauti daugiau nei keturias formas. Polimeras gali būti užprogramuotas keistis savavališkomis temperatūromis plačiame diapazone, jei šios temperatūros yra gerai atskirtos. Xie sugebėjo užprogramuoti tris perėjimus, iš viso suteikdamas keturias formas. Įdomu, kiek jų gali prisiminti, sako jis.
Kuo daugiau formų įsimenate, tuo sudėtingesnę struktūrą ir funkciją galite padaryti, sako Christophas Wederis, polimerų chemikasFribūro universitetasŠveicarijoje. Tai galėtų, pavyzdžiui, išplėsti dabartines taikymo sritis: orlaivių sparnai, kurie įgyja keturias skirtingas formas; erdvėlaivio antena, kuri išsiplečia į skirtingus pločius; ir reguliuojamo pločio stentai, kuriuos būtų galima perkelti iš platesnės kraujagyslės į siauresnę arba dėti ties arterijos šaka.
2006 m. Lendleinas ir jo kolegos sukūrė medžiagą, kuri, reaguodama į šilumos pokyčius, gali įgauti tris formas. Svarbiausia buvo sukurti dviejų tipų polimerus su skirtingais lydymosi taškais. Medžiaga išlaikė vieną formą kambario temperatūroje, pasislinko į antrą formą, kai kaitinama virš vieno lydymosi taško, ir galutinė forma, kai kaitinama iki dar aukštesnės temperatūros.
Su Nafion, pasak Xie, mums nereikia daryti nieko įmantraus. Jis gali būti užprogramuotas taip, kad išlaikytų kelias formas, nes turi platų temperatūrų diapazoną nuo 55 °C iki 130 °C, kur jis išlieka minkštas, guminis ir gali deformuotis. Dauguma polimerų turi vieną tokią stiklėjimo temperatūrą; jie yra guminiai virš jo ir trapūs žemiau.
Programuojant polimerą, jis kaitinamas iki aukštos temperatūros stiklėjimo intervale, deformuojamas ir atšaldomas iki žemesnės temperatūros, išlaikant deformavimo jėgą. Po [aušinimo] įvykio ši forma yra užrakinta, sako Xie. Deformavus polimerą ir vėl jį aušinant, bus užprogramuotos papildomos formos.
Xie sugebėjo užprogramuoti Nafion tris kartus. Polimeras susieja tris laikinas formas - ilgas, ilgesnes ir sulenktas - su temperatūra, kurioje jis buvo deformuotas. Kai jis šildomas, jis keičiasi laikinomis formomis, pereina nuo sulenktos į tiesią, o tada trumpėja esant toms iš anksto nustatytoms temperatūroms, kol pasiekia nuolatinę formą.
Nei medžiaga, nei koncepcija nėra nauja, sako Wederis, bet tai įdomus darbas ir naujas, nes tai pirmoji keturių formų atminties medžiaga. Xie paima polimero gabalėlį, kurį visi žino, ir žaidžia su juo ir parodo naują šio polimero gudrybę, sako jis. Iš principo nesuprantu, kodėl jis negali įgauti daugiau formų.