Современные гибкие материалы умеют принимать сложные формы

Современные гибкие материалы

Ученые Университета Райса создали эластичный, изменяющий форму материал, который по требованию превращается из одной сложной формы в другую. Формы, запрограммированные в полимер исследователем материалов Рафаэлем Вердузко и аспирантом Морганом Барнсом, появляются в условиях окружающей среды и тают при нагревании.

Процесс также работает в обратном порядке. При охлаждении преобладает запрограммированная в жидкие кристаллы форма, но при нагревании кристаллы расслабляются в эластомере, похожем на резинку, как во время таяния льда в воде. В большинстве образцов, которые Барнс сделал до сих пор, включая человеческое лицо, логотип Райса, блок Lego и розу, материал приобретает сложную форму при комнатной температуре, но при нагревании до температуры перехода около 80 градусов.

По Цельсию (176 градусов по Фаренгейту), он сворачивается в плоский лист. Когда тепло убрано, фигуры всплывают в течение нескольких минут. Как бы странно это ни звучало, материал поможет создавать мягких роботов, имитирующих организмы, и в биомедицинских приложениях, где требуются материалы, которые принимают заранее запрограммированные формы при температуре тела.

Исследования в области новых материалов

Исследование описано в журнале Soft Matter Королевского химического общества. «Они сделаны с двухэтапной химией, которая была сделана в течение долгого времени», - сказал Вердузко, профессор химической и биомолекулярной инженерии, материаловедения и наноинженерии.

«Люди сосредоточились на моделировании жидких кристаллов, но даже не думали о том, как эти две сети взаимодействуют друг с другом». «Мы подумали, что если мы сможем оптимизировать баланс между сетями - сделать их не слишком жесткими и не слишком мягкими, - мы могли бы получить эти сложные изменения формы».

Жидкокристаллическое состояние легче всего программировать, сказал он. Как только материалу придана форма, пять минут отверждения в ультрафиолетовом свете устанавливают кристаллический порядок. Барнс также сделал образцы, которые переключаются между двумя формами. «Вместо простых одноосных изменений формы, когда у вас есть что-то, что удлиняется и сжимается, у нас есть возможность перейти от 2D-формы к 3D-форме или из одной 3D-формы в другую 3D-форму».

Дальнейшее развитие технологии

Следующая цель лаборатории - снизить температуру перехода. «Активация при температуре тела открывает нам множество новых возможностей», - сказал Барнс. Она сказала, что тактильные кнопки смартфона, которые появляются при прикосновении или текст Брайля для слабовидящих, находятся в пределах досягаемости технологии как возможные проекты. Она также хотела бы разработать вариант, который реагирует на свет, а не на тепло.

«Мы хотим сделать его реагирующим на свет», - сказал Барнс. «Вместо того, чтобы нагревать весь образец, вы можете активировать только ту часть жидкокристаллического эластомера, которую хотите контролировать. Это был бы намного более простой способ управления мягким роботом».

Автор статьи: Виктор Булавин