دانشمندان پلاستیکی هوشمند ساخته‌اند که در زیر نور خورشید حالت خود را از نرم به سخت تغییر می‌دهد

برای ساخت این پلاستیک از موجودات زنده و درختان گرفته تا صدف‌ها الهام گرفته شده است. محققان دانشگاه تگزاس در آستین، مدتی است که بر روی ایجاد پلاستیکی هوشمند که بتواند زندگی واقعی را تقلید کند، متمرکز شده‌اند. این ماده، مانند بسیاری از ساختارهای موجودات است که در بعضی جاها نرم و کششی و در بعضی جاها سخت و سفت هستند.

این برای اولین بار است که یک تیم تحقیقاتی توانسته است با استفاده از نور و یک کاتالیزور به تغییر خواصی مانند سختی و کشش در مولکول‌های هم نوع اقدام کند. ماده حاصل، ده برابر قوی‌تر از پلاستیک طبیعی است و به‌خوبی می‌تواند انعطاف‌پذیری الکترونیک و رباتیک را تغییر دهد.

این یافته‌ها به‌تازگی در مجله Science منتشر شده است.

زکریا پیج، استادیار شیمی و نویسنده مسئول مقاله، گفته است:

این اولین ماده از نوع خود است. توانایی کنترل کریستالیزاسیون و در نتیجه خواص فیزیکی مواد با استفاده از نور، قابلیتی به‌طور بالقوه و دگرگون‌کننده برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی یا محرک‌ها در رباتیک است.

پیش زمینه:

محققان مدت‌هاست که خواص ساختارهای زنده را مطالعه کرده‌اند و می‌خواهند از آنها تقلید کنند. تاکنون ساختارهای زنده‌ای مانند پوست و ماهیچه از مواد مصنوعی ساخته شده‌اند. در موجودات زنده، ساختارها اغلب ویژگی‌هایی مانند استحکام و انعطاف‌پذیری را به‌راحتی با هم ترکیب می‌کنند. هنگام استفاده از ترکیبی از مواد مصنوعی برای تقلید از این ویژگی‌ها، مواد اغلب شکست شده، از هم جدا می‌شوند و در محل اتصال ویژگی‌های مختلف، پاره می‌شوند.

پیج می‌گوید:

اغلب، وقتی مواد را کنار هم قرار می‌دهند، به‌خصوص اگر خواص مکانیکی بسیار متفاوتی داشته باشند، می‌خواهند از هم جدا شوند.

اما اکنون پیج و تیم دانشگاه تگزاس در آستین توانسته‌اند ساختار یک ماده پلاستیکی‌مانند را کنترل کرده و حتی آن را تغییر دهند. آنها از نور برای تغییر میزان سفت یا کشش مواد استفاده کردند.

فرآیند:

این شیمیدانان از یک مونومر (یک مولکول کوچک که با دیگر مواد شبیه خود متصل می‌شود تا بلوک‌هایی برای ساختارهای بزرگتر به نام پلیمر را تشکیل دهد) استفاده کردند. در این مثال، پلیمرها، مشابه پلیمرهایی بودند که در اغلب پلاستیک‌های مورداستفاده یافت می‌شوند.

حدود دوازده آزمایش طول کشید تا اینکه یک کاتالیزور خاص پیدا شد که وقتی به مونومر اضافه می‌شد و سپس زیر نور مرئی قرار می‌گرفت، منجر به پلیمری نیمه بلوری، مشابه پلیمر موجود در لاستیک مصنوعی شود. با افزودن این کاتالیزور و قرار گرفتن مونومر زیر نور مرئی، مواد سفت‌تر و سخت‌تری تشکیل شد، در حالیکه خواص مناطق بدون نور، نرم و کشدار باقی ماند.

در ماده حاصل‌شده، صفات کمی دور از انتظار بود، زیرا این ماده از یک ماده با خواص متفاوت ساخته شده است که قوی‌تر بوده و می‌توانست بیشتر از سایر مواد مخلوط کشیده شود.

واکنش موردنظر در دمای اتاق انجام و مونومر و کاتالیزور نیز به‌راحتی در بازار موجود هستند و حتی منبع نور نیز از LED‌های آبی ساده بود که 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، کارآمد و از نظر زیست‌محیطی بی‌خطر می‌سازد.

آینده مطالعاتی:

محققان در مرحله بعدی بر روی جستجوی اشیاء بیشتر و متفاوت‌تر برای توسعه با این ماده متمرکز شده‌اند تا قابلیت استفاده آن را آزمایش کنند.

این تیم همچنین در حال پیش‌بینی یک ماده انعطاف‌پذیر است که بتواند برای استفاده از قطعات الکترونیکی در مواردی مانند دستگاه‌های پزشکی یا سایر فناوری‌های پوشیدنی بکار گرفته شود. در رباتیک نیز، مواد قوی و انعطاف‌پذیر برای بهبود حرکت و دوام آن موردنظر هستند.

منبع: Interestingengineering