Kształt przyszłości
fot. Shuai Wu, The Ohio State University
Przywitaliśmy nowy rok, ale spokojnie, są rzeczy które niezmiennie będą nam towarzyszyć, jak świadomość istoty inżynierii materiałowej i artykuł z cyklu „Materiał miesiąca”. Efekt pamięci kształtu to ciekawe zjawisko znane przede wszystkim z materiałów metalicznych. Obecnie ze względu na zalety, a co za tym idzie szerokie zastosowania, udoskonala się już nie tylko stopy metali, ale także polimery z pamięcią kształtu.
Magnetyczny polimer z pamięcią kształtu, który przybiera różne kształty pod wpływem pól magnetycznych, powstał dzięki pracy zespołowej naukowców z Georgia Institute of Technology i Ohio State University. Przedstawione rozwiązanie to nowatorski kompozyt polimerowy, który poddaje się wielokrotnej, odwracalnej manipulacji kształtem, co dotychczas stanowiło ogromne wyzwanie. Pierwszy raz uzyskano współdziałanie dwóch rodzajów cząstek magnetycznych i polimeru z pamięcią kształtu.
Swobodne sterowanie zmianą kształtu i właściwościami mechanicznymi materiału pozwala na zastosowanie wszędzie tam, gdzie liczy się delikatność i precyzja. Przykładem jest medycyna, a dokładniej chirurgia minimalnie inwazyjna. Ponadto wykorzystanie w miękkiej robotyce zdecydowanie zwiększa przydatność materiału także w przemyśle chemicznym oraz spożywczym. Z osiągnięć inżynierów materiałowych nie pierwszy i nie ostatni raz skorzysta elektrotechnika, bo materiał może służyć do tworzenia bramek logicznych oraz anten płynnie zmieniających częstotliwości. Naukowcy eksperymentowali m.in. z chwytakiem. Wytrzymałość już ukształtowanego polimeru umożliwiła narzędziom podniesienie przedmiotów o masie do tysiąca razy większej od masy własnej.
Kompozyt składa się z dwóch rodzajów cząstek magnetycznych (Fe3O4 i ) w amorficznej matrycy polimeru na bazie akrylanów z pamięcią kształtu. Cząstki Fe3O4 o niskiej koercji umożliwiają nagrzewanie indukcyjne w oscylującym polu magnetycznym o wysokiej częstotliwości i dlatego są wykorzystywane do tzw. blokowania i odblokowywania kształtu. Cząstki o wysokim stopniu remanencji napędzają szybką i odwracalną zmianę kształtu pod działaniem pola magnetycznego.
Całkowite ukształtowanie materiału zajmuje tylko kilka sekund, a kształt można zablokować z uzyskaniem wystarczająco dużej sztywności, co sprawia że bez stałej obecności stymulacji zewnętrznej materiał może spełniać swoje zadania.
Badania zostały opublikowane 8 grudnia na łamach „Advanced Materials”.
Źródła i więcej informacji:
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906657
- https://www.sciencedaily.com/releases/2019/12/191210122429.htm
- https://www.news.gatech.edu/2019/12/09/tiny-magnetic-particles-enable-new-material-bend-twist-and-grab
- https://arxiv.org/abs/1909.13171
- https://mae.osu.edu/news/2019/12/new-research-ohio-state-professor-could-potentially-revolutionize-field-multifunctional
- https://www.youtube.com/watch?v=5fPtz-RaGUI&feature=emb_logo
Koło naukowe WAKANS
Artykuł z cyklu "Materiał miesiąca"