ساخت ماده‌ای متفاوت که در برابر نور، جنس آن از نرم به سخت تغییر می‌کند [تماشا کنید]

محققان دانشگاه تگزاس در آستین با الهام از موجودات زنده مانند درختان و صدف‌ها، تصمیم به ساخت پلاستیکی گرفتند که در برخی موقعیت‌ها می‌تواند سفت و سخت و در برخی موقعیت‌های دیگر نرم و انعطاف‌پذیر باشد. ماده جدید و منحصربه‌فرد آن‌ها که هنگام مواجه شدن با نور و یک کاتالیزور برخی خواص مولکول‌های آن مانند سختی و خاصیت ارتجاعی تغییر پیدا می‌کند، 10 برابر بادوام‌تر از لاستیک طبیعی است و می‌تواند به ساخت وسایل الکترونیکی و ربات‌های انعطاف‌پذیرتر کمک کند.

پروفسور «زکریا پیج»، یکی از محققان این پژوهش توضیح می‌دهد:

«این اولین ماده در نوع خود است. توانایی کنترل بلوری‌شدن و در نتیجه، خواص فیزیکی مواد، با استفاده از نور، به‌طور بالقوه برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی یا محرک‌ها در رباتیک نرم، دگرگون‌کننده است.»

دانشمندان از مدت‌ها قبل برای ایجاد مواد مصنوعی که ویژگی‌های ساختارهای زنده مانند پوست و ماهیچه را تقلید می‌کنند، تلاش کرده‌اند. ساختارهای موجودات زنده به راحتی می‌توانند خصوصیاتی مانند قدرت و انعطاف‌پذیری را با یکدیگر ترکیب کنند. با این حال، هنگامی که برای شبیه‌سازی این ویژگی‌ها در آزمایشگاه از مواد مصنوعی استفاده می‌شد، اغلب ترکیب این خصوصیات با شکست مواجه می‌شد.

پیج توضیح می‌دهد:

«اغلب، هنگام گرد هم آوردن مواد، به‌خصوص که اگر خواص مکانیکی بسیار متفاوتی داشته باشند، از یکدیگر جدا می‌شوند.»

استفاده از نور و یک کاتالیزور برای تغییر خاصیت ماده جدید

با این حال، پیج و همکارانش با استفاده از نور برای تغییر میزان سفت یا ارتجاعی بودن مواد، موفق شدند تا ساختار ماده‌ای که شبیه پلاستیک است را تنظیم کنند.

در این استراتژی متفاوت، شیمیدانان کار خود را با یک مولکول مونومر شروع کردند. به بیان ساده، این مولکول واحد با اتصال به مولکول‌های یکسان دیگر، ساختارهای بزرگ‌تری به نام پلیمر را تشکیل می‌دهد.

پس از آزمایش چندین کاتالیزور، آن‌ها متوجه شدند با اضافه کردن یک نوع خاص از کاتالیزور به مونومر، همراه با نور مرئی، می‌تواند پلیمری نیمه بلوری شبیه به نمونه‌های موجود در لاستیک مصنوعی ایجاد کنند.

نکته قابل توجه اینکه، در مکان‌هایی که نور به آن‌ها برخورد کرده بود، ماده سخت‌تری ایجاد شده و بخش‌های بدون نور نیز ویژگی‌های انعطاف‌پذیر و نرم خود را حفظ کردند.

در نهایت، محققان توضیح می‌دهند که مونومر و کاتالیزور استفاده شده در این مطالعه کاملا در دسترس هستند و این واکنش در دمای محیط رخ داده است. علاوه بر این، منبع نور آزمایش LED آبی بوده که ارزان است. آن‌ها ادعا می‌کنند که این واکنش کمتر از یک ساعت طول می‌کشد و روشی سریع، مقرون‌به‌صرفه، کارآمد و سازگار با محیط زیست است.

به گفته تیم تحقیقاتی، این ماده می‌تواند به عنوان پایه‌ای انعطاف‌پذیر برای ایمن‌سازی قطعات الکترونیکی دستگاه‌های پزشکی یا پوشیدنی‌ها استفاده شود. در رباتیک نیز مواد قوی و انعطاف‌پذیر برای بهبود حرکت و دوام مورد استفاده قرار می‌گیرند. بنابراین این ماده جدید پتانسیل زیادی برای استفاده در صنعت دارد. محققان در مرحله بعدی تلاش خواهند کرد تا اشیاء بیشتری با استفاده از این ماده ایجاد کنند.