211service.com
Forvandlende materialer får nye former
Forskerne, der udviklede selvbindende suturer, der ændrer form, når de udsættes for lys, har nu lavet morphing-strukturer, der kan antage tre på hinanden følgende former som reaktion på temperaturændringer. De formændrende polymerer kunne i sidste ende anvendes som aftagelige stenter og selvlukkende fastgørelseselementer, der bruges til at samle komplekse dele.
Strukturerne er lavet af formhukommelsespolymerer, en klasse af materialer, der skifter fra en forudindstillet form til en anden som reaktion på en ny tilstand, såsom øget varme. I de seneste par år har forskellige forskergrupper skabt polymerer, der reagerer på lys eller et magnetfelt. Men nu har forskere ved MIT og GKSS Research Center i Teltow, Tyskland, tilføjet evnen til at omdanne polymerer til en tredje form. Det er første gang, man kan få et materiale til at gå fra form A til B til C, siger Robert Langer, MIT kemiingeniørprofessor og en af forskerne.
Multimedier
VIDEO: Se Materiale Morph
I den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) i denne uge beskriver forskerne to prototypestrukturer, der bruger de nye materialer. I den første prototype udvider et fladtrykt plastrør sig efter at være blevet opvarmet og danner et åbent rør, der bevarer denne form selv efter afkøling. Når det opvarmes til en endnu højere temperatur, krymper røret i diameter. En potentiel anvendelse: en stent, der kan åbnes, når den først er placeret i en patients krop, såsom inde i en arterie, og derefter, efter at stenten har tjent sit formål, opvarmes igen for at gøre den lille nok til at fjerne.
Den anden prototype folder sig ud og forlænger derefter to arme for at fastgøre sig selv på plads (se en video af processen her). Dette design kunne være nyttigt på samlebånd til at fastgøre vanskeligt tilgængelige dele sammen, siger Andreas Lendlein , leder af Institut for Polymerforskning ved GKSS Research Center og en af forfatterne til PNAS-papiret.
Lendlein siger, at nøglen til de nye strukturer var at udvikle to typer polymerer, der har forskellige smeltepunkter. Ved stuetemperatur holder materialet sin første form. Men når de opvarmes over en bestemt temperatur, bliver områder i hele materialet blødgjort, hvilket gør det muligt at ændre sig til en mellemform. Ved en endnu højere overgangstemperatur blødgøres resten af materialet, så strukturen får sin endelige form.
Selvom forskerne designet polymerer specifikt til dette projekt, siger Lendlein, at resultaterne viser et generelt princip, der kunne fungere med en række forskellige polymerer. Faktisk siger han, at forskerne til specifikke applikationer muligvis skal ændre materialer for at gøre dem kompatible til brug i kroppen og for at reducere omkostningerne til brug i fremstillingen. Lendlein arbejder med mNemovidenskab , baseret i Aachen, Tyskland, en spin-off af MIT og RWTH Aachen University, for at kommercialisere den nye teknologi.
Richard Vaia, en forsker ved Air Force Research Labs , siger, at arbejdet er en del af en tendens inden for formhukommelsesforskning mod mere komplekse materialer med højere ydeevne. Mens tidlige anvendelser, såsom shrink-wrap, var enkle, bruger forskere nanopartikler til at øge mængden af kraft, som materialerne kan anvende, når de ændrer form, og de udvikler nye måder at udløse ændringerne på, siger Vaia. Et andet hovedmål ville gå ud over Lendleins multiformede materialer til dem, der kan ændre form reversibelt, og vende tilbage til den oprindelige form til applikationer, der kræver gentagne bevægelser.