Vật liệu chuyển đổi hình dạng có thể biến đổi, đảo ngược chính nó bằng cách sử dụng nhiệt, ánh sáng

Anonim

Một vật liệu mới được phát triển bởi các kỹ sư của Đại học Colorado Boulder có thể biến thành hình dạng phức tạp, được lập trình sẵn thông qua kích thích ánh sáng và nhiệt độ, cho phép hình vuông có hình vuông thành hình tròn trước khi hoàn nguyên về dạng ban đầu.

Vật liệu thay đổi hình dạng có thể điều khiển được mô tả hôm nay trên tạp chí Science Advances, có thể có các ứng dụng rộng rãi cho sản xuất, robot, thiết bị y sinh và cơ bắp nhân tạo.

"Khả năng hình thành các vật liệu có thể liên tục dao động qua lại giữa hai hình dạng độc lập bằng cách phơi bày chúng với ánh sáng sẽ mở ra một loạt các ứng dụng và phương pháp tiếp cận mới cho các lĩnh vực như sản xuất phụ gia, robot và vật liệu sinh học", Christopher Bowman, cao cấp tác giả của nghiên cứu mới và một Giáo sư xuất sắc trong Khoa Kỹ thuật Sinh học và Hóa học của CU Boulder (CHBE).

Những nỗ lực trước đây đã sử dụng nhiều cơ chế vật lý khác nhau để thay đổi kích thước, hình dạng hoặc kết cấu của vật thể bằng các kích thích có thể lập trình được. Tuy nhiên, các vật liệu như vậy trong lịch sử bị giới hạn về kích thước hoặc mức độ và các thay đổi trạng thái đối tượng đã chứng minh khó đảo ngược hoàn toàn.

Vật liệu CU Boulder mới đạt được các phép biến đổi hai chiều dễ dàng có thể lập trình ở cấp độ vĩ mô bằng cách sử dụng các chất tinh thể lỏng (LCEs), cùng một công nghệ nằm bên dưới các màn hình truyền hình hiện đại. Sự sắp xếp phân tử độc đáo của LCE khiến chúng dễ bị thay đổi năng động thông qua nhiệt và ánh sáng.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã cài đặt một kích hoạt bằng ánh sáng cho các mạng LCE có thể thiết lập sự liên kết phân tử mong muốn trước bằng cách phơi sáng vật thể với các bước sóng ánh sáng cụ thể. Kích hoạt sau đó vẫn không hoạt động cho đến khi tiếp xúc với các kích thích nhiệt tương ứng. Ví dụ, một con thiên nga origami gập tay được lập trình theo cách này sẽ vẫn được gấp lại ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, khi được nung nóng đến 200 độ F, thiên nga sẽ giãn ra thành tấm phẳng. Sau đó, khi nó nguội đi trở lại nhiệt độ phòng, nó sẽ dần dần lấy lại hình dạng thiên nga được lập trình sẵn của nó.

Khả năng thay đổi và sau đó thay đổi lại cung cấp cho vật liệu mới này một loạt các ứng dụng có thể, đặc biệt là cho các thiết bị y sinh trong tương lai có thể trở nên linh hoạt hơn và thích ứng hơn bao giờ hết.

Matthew McBride, tác giả chính của nghiên cứu mới và một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ ở CHBE cho biết: “Chúng tôi coi đây là một hệ thống cơ bản thanh lịch để biến đổi các thuộc tính của một đối tượng. "Chúng tôi dự định tiếp tục tối ưu hóa và khám phá khả năng của công nghệ này".

menu
menu