ساده آگارد -14 اکتبر 2022-ساختار نانومواد شش ضلعی مصنوعی -iStock/selimcan
بر اساس مطالعه جدیدی که در 13 اکتبر در Science منتشر شد، برای اولین بار، محققان تنها از نور و یک کاتالیزور برای تغییر خواصی مانند سختی و خاصیت ارتجاعی در مولکول های هم نوع استفاده می کنند.
این تیم با الهام از موجودات زنده مانند درختان و صدف‌ها، ماده‌ای منحصربه‌فرد ایجاد کردند که ده برابراز لاستیک طبیعی بادوام است و ممکن است به ساخت وسایل الکترونیکی و روبات‌های انعطاف‌پذیرتر منجر شود.
پروفسور زکریا پیج، یکی از نویسندگان این مطالعه، در یک مصاحبه مطبوعاتی گفت: “این اولین ماده از نوع خود است.” توانایی کنترل کریستالیزاسیون، و در نتیجه خواص فیزیکی مواد، با استفاده از نور به طور بالقوه برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی یا محرک‌ها در رباتیک نرم دگرگون‌کننده است.
برای مدت طولانی، دانشمندان برای ایجاد مواد مصنوعی که ویژگی‌های ساختارهای زنده مانند پوست و ماهیچه را تقلید می‌کنند، کار کرده‌اند. ساختارهای موجودات زنده به راحتی کیفیت هایی مانند قدرت و انعطاف پذیری را با هم ترکیب می کنند. با این حال، هنگام استفاده از ترکیبی از مواد مصنوعی متنوع برای شبیه‌سازی این ویژگی‌ها در آزمایشگاه، مواد اغلب شکست می‌خورند، یعنی در جایی که مواد مختلف به هم می‌رسند، تجزیه می‌شوند.
پیج می‌گوید: «اغلب وقتی مواد را کنار هم قرار می‌دهند، به خصوص اگر خواص مکانیکی بسیار متفاوتی داشته باشند، می‌خواهند از هم جدا شوند. با این حال، پیج و همکارانش با استفاده از نور برای تغییر میزان سفت یا الاستیک بودن مواد، می‌توانند ساختار ماده‌ای که شبیه پلاستیک است را تنظیم و اصلاح کنند.
در این استراتژی متفاوت، شیمیدانان با یک مونومر شروع کردند. به زبان ساده، این مولکول واحد، ساختارهای بزرگتری به نام پلیمر را با پیوستن به مولکول های دیگر مشابه با آن، بسیار شبیه پلیمر در پرکاربردترین پلاستیک، تشکیل می دهد.
پس از آزمایش ده ها کاتالیزور، آن ها یکی را کشف کردند که پلیمری «نیمه بلوری» تولید می کرد که در ترکیب با مونومر آنها و قرار گرفتن در معرض نور مرئی، شبیه پلیمرهای موجود در لاستیک مصنوعی بود. به طور قابل توجهی، در جایی که نور به آن برخورد کرده بود، ماده سخت تری ایجاد شد، در حالی که بخش های بدون نور ویژگی های انعطاف پذیر و نرم خود را حفظ کردند.
این ماده قوی‌تر بود و می‌توانست بیشتر از سایر مواد مخلوط کشیده شود، زیرا از یک ماده واحد با خواص متمایز تشکیل شده بود.روش جدید سریع، مقرون به صرفه، انرژی کارآمد و سازگار با محیط زیست است.مونومر و کاتالیزور به راحتی به صورت تجاری در دسترس هستند و واکنش در دمای محیط رخ می دهد. علاوه بر این، منبع نور آزمایش LED آبی بود که ارزان است.
محققان ادعا می‌کنند که این واکنش از حداقل زباله‌های خطرناک استفاده می‌کند و کمتر از یک ساعت طول می‌کشد و این روش را سریع، مقرون‌به‌صرفه، کارآمد انرژی و سازگار با محیط‌زیست می‌کند.
در رباتیک، استفاده از مواد محکم و کشسان برای افزایش حرکت و دوام ترجیح داده می شود.
به گفته تیم تحقیقاتی، این ماده ممکن است به عنوان پایه ای انعطاف پذیر برای ایمن سازی قطعات الکترونیکی در دستگاه های پزشکی یا پوشیدنی ها استفاده شود. در رباتیک، مواد قوی و الاستیک برای بهبود حرکت و دوام ارجح هستند، بنابراین پتانسیل استفاده از مواد جدید در این صنعت نیز وجود دارد.
برای تأیید بیشتر کاربرد این ماده، محققان در مرحله بعدی سعی خواهند کرد تا اشیاء بیشتری با استفاده از این ماده ایجاد کنند.
آدریان رایلسکی، نویسنده اصلی این مطالعه و دانشجوی دکترا در UT Austin، اظهار داشت: “ما مشتاقانه منتظر کشف روش‌های به کارگیری این شیمی در ساخت اجسام سه بعدی حاوی اجزای سخت و نرم هستیم.”
