ابداع ماده‌ای نرم که با تابش نور سفت می‌شود

محققان با الهام از موجودات زنده موادی را ایجاد کرده‌اند که وقتی در معرض نور قرار می‌گیرند، از حالت نرم به حالت سخت تبدیل می‌شوند.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، بر اساس مطالعه جدیدی که در مجله "ساینس"(Science) منتشر شده است، برای اولین بار محققان تنها از نور و یک کاتالیزور برای تغییر خواصی مانند سختی و خاصیت ارتجاعی در مولکول‌های هم‌ نوع استفاده کرده‌اند.

این تیم با الهام از موجودات زنده مانند درختان و صدف‌ها، ماده‌ای منحصر به‌ فرد ایجاد کرده که ۱۰ برابر نسبت به لاستیک طبیعی بادوام‌تر است و ممکن است به ساخت وسایل الکترونیکی و ربات‌های انعطاف‌پذیرتر منجر شود.

توانایی کنترل خواص فیزیکی یک ماده با استفاده از نور به عنوان یک محرک به طور بالقوه دگرگون کننده است

پروفسور زکریا پیج یکی از نویسندگان این مطالعه در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: این اولین ماده در نوع خود است. توانایی کنترل کریستالیزاسیون(بلورش یا تبلور) و در نتیجه خواص فیزیکی مواد با استفاده از نور به طور بالقوه برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی یا محرک‌ها در رباتیک نرم، دگرگون‌کننده است.

بلورش یا بلوری‌شدن یا تبلور(Crystallization) فرآیندی است که طی آن یک بلور جامد از یک محلول، بخار یا مذاب ماده‌ای ایجاد می‌شود. تولید بلور در جداسازی و تولید بسیاری از مواد شیمیایی در صنایع مختلف کاربرد دارد. بلور یک ماده عبارت است از جهت یافتگی ذره‌ای و آرایش مولکولی و تثبیت این نظم در ماده.

دانشمندان مدت‌ها است که روی ایجاد مواد مصنوعی که ویژگی‌های ساختارهای زنده مانند پوست و ماهیچه را تقلید کنند، کار می‌کنند. ساختارهای موجودات زنده به راحتی کیفیت‌هایی مانند قدرت و انعطاف‌پذیری را با هم ترکیب می‌کند. با این حال، هنگام استفاده از ترکیبی از مواد مصنوعی متنوع برای شبیه‌سازی این ویژگی‌ها در آزمایشگاه، محققان اغلب با شکست مواجه 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 سختی یا الاستیک بودن مواد می‌توانند ساختار ماده‌ای که شبیه پلاستیک است را تنظیم و اصلاح کنند.

به طور قابل توجهی، ماده سخت‌تری در جایی که نور آن را لمس می‌کرد، ایجاد شد

شیمیدانان در این استراتژی متفاوت، با یک مونومر شروع کردند. به زبان ساده، این مولکول واحد، ساختارهای بزرگ‌تری به نام پلیمر را با پیوستن به مولکول‌های دیگر مشابه با آن، بسیار شبیه پلیمر در پرکاربردترین پلاستیک تشکیل می‌دهد.

محققان پس از آزمایش ده‌ها کاتالیزور، یکی را کشف کردند که پلیمری «نیمه بلوری» تولید می‌کرد که در ترکیب با مونومر 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 سخت‌تری ایجاد شد، در حالی که بخش‌های نور نخورده ویژگی‌های انعطاف پذیری و نرمی خود را حفظ کردند.

این ماده قوی‌تر بود و می‌توانست بیشتر از سایر مواد کشیده شود، زیرا از یک ماده واحد با خواص متمایز تشکیل شده بود.

این روش جدید، سریع، مقرون به صرفه، از نظر مصرف انرژی کارآمد و سازگار با محیط زیست است

مونومر و کاتالیزور استفاده شده در این مطالعه به راحتی به صورت تجاری در دسترس هستند و واکنش در دمای محیط رخ می‌دهد. علاوه بر این، منبع نور در این آزمایش، نور ال‌ای‌دی 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، مقرون ‌به ‌صرفه، از لحاظ مصرف انرژی کارآمد و سازگار با محیط‌زیست می‌کند.

در رباتیک، استفاده از مواد محکم و کشسان برای افزایش حرکت و دوام ترجیح داده می‌شود

به گفته تیم تحقیقاتی، این ماده ممکن است به عنوان پایه‌ای انعطاف پذیر برای ایمن سازی قطعات الکترونیکی در دستگاه‌های پزشکی یا پوشیدنی‌ها 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.

محققان برای تأیید بیشتر کاربرد این ماده در مرحله بعدی سعی خواهند کرد تا اشیای بیشتری با استفاده از این ماده ایجاد کنند.

آدریان رایلسکی نویسنده ارشد این مطالعه و دانشجوی دکترا در دانشگاه فناوری آستین اظهار داشت: ما مشتاقانه منتظر کشف روش‌های به کارگیری این شیمی در ساخت اجسام سه بعدی حاوی اجزای همزمان سخت و نرم هستیم.

انتهای پیام