| | 13 января 2016 | Новости науки и техники
Создан новый «умный» материал, способный принимать одну из сотен заранее определенных форм
Материалы, способные запоминать свою изначальную форму и восстанавливать ее под влиянием различных факторов, известны и используются людьми достаточно давно. Материалы первых поколений восстанавливали свою форму под влиянием высокой температуры, более сложные материалы делали это под влиянием электрического или магнитного поля. Но все эти материалы используют лишь одно свое свойство — эластичность, позволяющее им принимать одну форму при нагреве и возвращаться в исходное состояние при последующем охлаждении. Не так давно на белом свете появился еще один подобный полимерный материал и его главной особенностью является то, что он способен не только помнить его начальную форму, но и «запомнить» очередную новую форму. Пока этот материал действует только под влиянием высокой температуры, но дальнейшие работы в данном направлении позволят создать новое поколение функциональных материалов, которые можно использовать в широком круге областей, начиная от изготовления медицинских имплантатов до изготовления способной изменять свою форму электроники.
«Некоторые упругие материалы с памятью формы могут запоминать всего две или три формы. Наши исследования, которые проводятся с 2005 года, позволили создать материал, способный принимать сотни и тысячи различных форм. И этого нам удалось добиться на счет использования не только свойства эластичности материала, но и других подобных свойств, таких, как пластичность» — рассказывает Тэо Кси (Tao Xie), инженер-химик из государственной Лаборатории химического машиностроения (State Key Laboratory of Chemical Engineering) в Ханчжоу, Китай.
Создавая новый материал, китайские ученые взяли за основу известный упругий материал под название PCL (crosslinked poly(caprolactone)). Для придания ему пластичности в него был добавлен пластификатор 1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene (TBD). При повышении температуры выше порога упругости, материал меняет свою форму с текущей на одну из заданных, но если температура продолжает повышаться и становится выше порога пластичности, влияние пластификатора TBD перестает действовать и материал может принять еще одну из форм. Однако, если в этот момент материалу физически задать некую форму, то новая форма заменит собой предыдущую «начальную» форму.
Ключевым моментом такого совмещения материалов PCL и TBD является то, что температуры порогов эластичности и пластичности находятся достаточно далеко друг от друга, 70 и 130 градусов Цельсия, что позволяет достаточно легко переключать материал между его формами. А выборочный нагрев отдельных участков материала позволит материалу принимать одну из практически бесчисленного количества форм.
Демонстрируя возможности нового материала, Тэо Кси и его коллеги взяли квадрат со стороной в 30 миллиметров и путем изменения окружающей температуры заставили этот материал демонстрировать «чудеса оригами», используя изменения свойств эластичности и пластичности. Кроме этого, новый материал отличается высокой стойкостью, он способен изменять свою форму сотни раз, не демонстрируя ни малейших признаков «усталости».
В настоящее время китайские ученые уже работают над созданием очередного варианта материала, который будет работать при более низких температурах. «Самыми большими проблемами для нас являются не проблемы технического плана. Гораздо труднее придумать то, что можно сделать, точнее, чего нельзя сделать при помощи нового материала» — рассказывает Тэо Кси, — «Ведь количество областей его применения практически неограниченно, и самым главным из них мы видим гибкую электронику. Вообразите себе электронную газету, которая становится плоской газетой под воздействием тепла ваших рук, и принимает компактную форму, когда вы ее откладываете в сторону».
