211service.com
Morfowanie materiałów nabiera nowych kształtów
Naukowcy, którzy opracowali samowiążące się szwy, które zmieniają kształt pod wpływem światła, stworzyli teraz zmieniające się struktury, które mogą przybierać trzy kolejne kształty w odpowiedzi na zmiany temperatury. Zmieniające kształt polimery mogłyby ostatecznie zostać wykorzystane jako zdejmowane stenty i samozamykające się elementy złączne używane do montażu złożonych części.
Struktury są wykonane z polimerów z pamięcią kształtu, klasy materiałów, które zmieniają się z jednego wstępnie ustawionego kształtu na inny w odpowiedzi na nowe warunki, takie jak zwiększone ciepło. W ciągu ostatnich kilku lat różne grupy badawcze stworzyły polimery, które reagują na światło lub pole magnetyczne. Ale teraz naukowcy z MIT i GKSS Research Center w Teltow w Niemczech dodali możliwość przekształcania polimerów w trzeci kształt. To pierwszy raz, kiedy materiał może przejść od kształtu A do B do C, mówi Robert Langer, profesor inżynierii chemicznej MIT i jeden z badaczy.
Multimedia
WIDEO: Zobacz Material Morph
w Materiały Narodowej Akademii Nauk (PNAS) w tym tygodniu naukowcy opisują dwie prototypowe struktury, które wykorzystują nowe materiały. W pierwszym prototypie spłaszczona plastikowa rurka rozszerza się po podgrzaniu, tworząc otwartą rurkę, która zachowuje ten kształt nawet po schłodzeniu. Po podgrzaniu do jeszcze wyższej temperatury rura kurczy się w średnicy. Potencjalne zastosowanie: stent, który można otworzyć po umieszczeniu w ciele pacjenta, na przykład w tętnicy, a następnie, gdy stent spełnił już swoje zadanie, ponownie podgrzać, aby był wystarczająco mały, aby można go było usunąć.
Drugi prototyp rozkłada się, a następnie wysuwa dwa ramiona, aby zamocować się na miejscu (zobacz film przedstawiający proces tutaj). Ten projekt może być przydatny na liniach montażowych do łączenia ze sobą trudno dostępnych części, mówi Andreas Lendlein , kierownik Instytutu Badań Polimerów w Centrum Badawczym GKSS i jeden z autorów artykułu PNAS.
Lendlein mówi, że kluczem do nowych struktur było opracowanie dwóch rodzajów polimerów, które mają różne temperatury topnienia. W temperaturze pokojowej materiał zachowuje swój pierwszy kształt. Ale po podgrzaniu powyżej określonej temperatury obszary w całym materiale miękną, co pozwala mu zmienić kształt na pośredni. W jeszcze wyższej temperaturze przejścia reszta materiału mięknie, umożliwiając strukturze nabranie ostatecznego kształtu.
Chociaż naukowcy zaprojektowali polimery specjalnie na potrzeby tego projektu, Lendlein twierdzi, że wyniki pokazują ogólną zasadę, która może działać z różnymi polimerami. Rzeczywiście, mówi, że w przypadku określonych zastosowań naukowcy mogą potrzebować zmienić materiały, aby były one kompatybilne do użytku w ciele i obniżyć koszty użytkowania w produkcji. Lendlein współpracuje z mNemnauka , z siedzibą w Akwizgranie w Niemczech, wydzielona z MIT i RWTH Aachen University, w celu komercjalizacji nowej technologii.
Richard Vaia, badacz z Laboratoria badawcze sił powietrznych , mówi, że praca wpisuje się w trend w badaniach nad pamięcią kształtu w kierunku bardziej złożonych i wydajniejszych materiałów. Chociaż wczesne zastosowania, takie jak folia termokurczliwa, były proste, naukowcy używają nanocząstek, aby zwiększyć siłę, jaką materiały mogą zastosować podczas zmiany kształtu, i opracowują nowe sposoby wywoływania zmian, mówi Vaia. Innym ważnym celem byłoby wyjście poza wielokształtowe materiały Lendleina do tych, które mogą odwracalnie zmieniać kształt, powracając do pierwotnego kształtu w zastosowaniach wymagających powtarzających się ruchów.