Материал принимающий сложные формы. Ученые Университета Райса создали эластичный, изменяющий форму материал, который по требованию превращается из одной сложной формы в другую.

Ученые из Университета Райса Рафаэль Вердузко и аспирант Морган Барнс проверяют образец во время работы над полимерами, изменяющими форму. Они создали жидкокристаллический эластомер, который может быть сформован в формы, которые при нагревании переходят от одного к другому. Фото: Джефф Фитлоу / Университет Райса

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.

Плавная работа противоречит битве в наномасштабе, где жидкие кристаллы и эластомер, в который они встроены, борются за контроль. При охлаждении преобладает запрограммированная в жидкие кристаллы форма, но при нагревании кристаллы расслабляются в эластомере, похожем на резинку, как таяние льда в воде.

В большинстве образцов, которые Барнс сделал до сих пор – включая 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.

Каким бы странным это ни казалось, материал обещает создать мягких роботов, имитирующих организмы, и в биомедицинских приложениях, где требуются материалы, которые принимают заранее запрограммированные формы при температуре тела.

Исследование описано в журнале Soft Matter Королевского химического общества.

Лицо из уникального полимера

Лицо из уникального полимера в Университете Райса приобретает форму при охлаждении и выравнивается при нагревании. Материал может быть полезен при создании мягких роботов и для биомедицинских применений. Фото: Джефф Фитлоу / Университет Райса

«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 они 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 в форме, 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, мы можем получить что-то от 2-D формы до 3-D формы или от одной 3-D формы до другой 3- Буду в форме», – сказала она.

Следующая цель лаборатории – снизить температуру перехода. «Активация при температуре тела открывает нам еще больше возможностей», – сказал Барнс. Она сказала, что тактильные кнопки смартфона, которые появляются при прикосновении или реактивный текст Брайля для слабовидящих, находятся в пределах досягаемости.

Она также хотела бы разработать вариант, который реагирует на свет, а не на тепло. «Мы хотим сделать это фото-отзывчивым», – 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 управлять мягким роботом».

По материалам phys.org