گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر به واسطه ی خواص فوق العاده ی مواد طبیعی، شیمیدانان و دانشمندان حوزه ی مواد، معمولا از قوانینی که طبیعت در طول میلیون ها سال ایجاد کرده برای طراحی مواد برساختی (سنتزی) جدید استفاده می کنند. در این حوزه، یکی از ویژگی های الهام بخش، توانایی تغییر یک خاصیت به خصوص به واسطه ی یک محرک خارجی است. بنابراین سازوکارهای مختلف موجود در طبیعت منجر به ایجاد مواد پاسخ گو به محرک (Stimuli responsive) می شوند که سرعت پاسخ آن ها نسبت به محرک خارجی می تواند از یک ثانیه تا چندین سال باشد.
گستره ی خواصی که می توانند بسته به محرک خارجی تغییر کنند وسیع است. به عنوان مثال، خیار دریایی (Sea cucumber) یکی از حیواناتی است که می تواند زمانی که احساس خطر کند، سفتی پوست خود را تا چندین مرتبه افزایش دهد. بسیاری از حیوانات دیگر مانند اختاپوس، ماهی مرکب، آفتاب پرست و … می توانند بسته به نیاز رنگ، پوست و ظاهر خود را تغییر دهند. به علاوه ی این تغییرات درشت نمود (Macroscopic)، مواد طبیعی پاسخ دهی به محرک را در سطح مولکولی نیز نشان می دهند. برای مثال، پروتئین ها شکل های متفاوتی را بسته به شرایط محیطی مانند دما، pH و غیره از خود نشان می دهند.
بسیاری از سامانه های بسپاری پاسخ گو به محرک در دهه های اخیر توسط محققان گسترش پیدا کردند. یکی از این مواد پاسخ گو به محرک، بسپارهای حافظه شکلی هستند. این مواد با تغییر شکل و ابعاد خود نسبت به محرک خارجی واکنش می دهند. آن ها از یک شکل موقتی به یک شکل دائمی تغییر شکل می دهند. ویژگی جالب این سامانه این است که شکل اولیه توسط ماده به حافظه اش سپرده شده و در پاسخ به محرک، پس از تغییر شکل بدون نیاز به هیچ تلاش مکانیکی ای به شکل اولیه ی خود باز می گردد.
به رغم وجود بازه ا ی وسیع از مواد پاسخ گو به محرک در طبیعت، مثال های بسپارهای حافظه شکلی طبیعی بسیار اندک اند. برای مثال می توان به تار عنکبوت که به دلیل استحکام و شکل‌پذیری (Ductility، معیار تن‌دهی ماده به تغییر شکل موم‌سان، بی‌آنکه بشکند، مترجم) فوق العاده خود شناخته شده اند اشاره کرد که از خود رفتار و اثر حافطه شکلی نشان می دهند [1].
بسپار های حافظه شکلی (Shape Memory Polymers/ SMPs) در سال های اخیر بسیار مورد توجه واقع شده اند و کاربرد های آن ها در صنایع پزشکی، هوافضا، نساجی، خودرو و غیره روز به روز در حال افزایش است. به طور کلی، بسپارهای حافظه شکلی بسپار هایی هستند که نسبت به یک محرک خارجی پاسخ گو بوده و این پاسخ را به صورت تغییر در ابعاد و شکل خود نشان می دهند. در این سامانه ها یک شکل دائمی و یک شکل موقتی مطرح است. در واقع پاسخ به محرک خارجی به این صورت است که نمونه از یک شکل موقتی با سازوکار متناسب خود تغییر شکل داده و یه شکل دائمی و اولیه ی خود باز می گردد. این محرک های خارجی می توانند موارد متنوعی مانند pH، دما، میدان الکتریکی و مغناطیسی، نور، آب و غیره باشند. عملکرد و سازوکار یک سامانه ی حافظه شکلی، به نوع پاسخ گویی نسبت به محرک ها و طراحی در ابعاد مولکولی سامانه بستگی دارد. در واقع اثر حافظه ی شکلی زمانی ایجاد می شود که سامانه نسبت به شکل و ابعاد اولیه ی خود دارای حافظه ی شکلی باشد [2]. در این مقاله به بررسی رفتار، اثر و کاربردهای بسپار های حافظه شکلی پرداخته شده است.
1- تاریخچه ی بسپارهای حافظه شکلی
تحقیقات زیادی در خصوص بسپارهای حافظه شکلی در دو دهه ی اخیر انجام شده است اما، تولد این دسته از بسپار های هوشمند به سال 1940 میلادی باز می گردد. Vernon و همکاران کشف “حافظه ی شکلی” را در مورد بسپار متاکریلات استر در گواهی ثبت اختراع خود در آمریکا توصیف کردند. نقطه ی عطف مهم بعدی در گسترش بسپار های حافظه شکلی استفاده از پلی اتیلن گرماجمع شو (Heat shrinkable) در سال 1960 میلادی بود. مجددا حدود 20 سال بعد، این صنعت در آمریکا و ژاپن شروع به رشد کرد. کاربردهای این نوع بسپارهای هوشمند امروزه با انجام تحقیقات گسترده در مورد سازوکار و طراحی این مواد بسپاری روز به روز در حال افزایش است [1].
گردآورنده: مهندس سید عارف داودی
[email protected]
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 227 ماهنامه بسپار که در نیمه شهریور ماه ۱۴۰۰ منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
