Având ca sursă de inspirație lumea ființelor vii, de la copaci la crustacee, cercetătorii de la Universitatea Texas din Austin, SUA, și-au propus să creeze un material plastic asemănător multor forme de viață, care să fie dur și rigid în unele cazuri sau moale și elastic în altele. Succesul lor constituie o premieră, întrucât se folosește doar lumină și un catalizator pentru a modifica proprietăți precum duritatea și elasticitatea moleculelor de același tip, ceea ce a condus la apariția unui nou material care este de 10 ori mai dur decât cauciucul natural și ar putea constitui un element important în domeniile electronicii și roboticii.
„Acesta este primul material de acest tip”, a spus Zachariah Page, profesor asistent de chimie. „Abilitatea de a controla cristalizarea și, prin urmare, proprietățile fizice ale materialului, prin utilizarea luminii, va produce o schimbare majoră în producerea dispozitivelor electronice sau a dispozitivelor de acționare portabile în robotica simplă”.
Oamenii de știință au căutat de multă vreme să obțină materiale sintetice care să imite proprietățile structurilor vii, precum pielea și mușchii. În organismele vii, structurile combină adesea caracteristici precum rezistența și flexibilitatea. Atunci când se utilizează un amestec de materiale sintetice pentru a replica aceste caracteristici, materialele rezultate sunt deseori necorespunzătoare, dezintegrându-se și rupându-se în zonele de contact dintre componente.
„Adesea, atunci când combină materiale, mai ales dacă au proprietăți mecanice foarte diferite, ele vor tinde să se separe”, a spus Page. El și echipa sa au reușit să controleze și să modifice structura unui material asemănător plasticului, folosind lumina pentru a determina cât de rigid sau de elastic va fi materialul rezultat.
Chimiștii au început cu un monomer, o moleculă de dimensiuni mici, care se leagă cu altele asemănătoare formând blocuri de structură mai mari numite polimeri, similare cu polimerul care se găsește în plasticul cel mai des folosit. După ce au testat mai multe tipuri de catalizatori, ei au găsit unul care, atunci când a fost adăugat monomerului și expus la lumină vizibilă, a condus la producerea unui polimer semicristalin similar cu cel găsit în cauciucul sintetic. Un material mai dur și mai rigid s-a format în zonele expuse la lumină, în timp ce zonele neluminate și-au păstrat proprietățile moi, elastice.
Deoarece rezultatul constă într-un material unic, dar cu proprietăți diferite, el este mai rezistent și mai permisiv la rupere, mai extensibil decât majoritatea materialelor compozite.
Reacția are loc la temperatura camerei, monomerul și catalizatorul sunt disponibile comercial, iar cercetătorii au folosit în experiment simple LED-uri albastre ca sursă de lumină. De asemenea, reacția durează mai puțin de o oră și minimizează generarea de deșeuri periculoase, ceea ce face ca procesul să fie rapid, ieftin, eficient din punct de vedere energetic și ecologic.
„Așteptăm cu nerăbdare să explorăm metode de aplicare a acestei tehnologii pentru realizarea de obiecte 3D care conțin atât componente rigide, cât și componente flexibile”, a spus Adrian Rylski, doctorand la UT Austin.
Materialul ar putea fi folosit ca o bază flexibilă pentru componentele electronice din dispozitivele medicale sau în tehnologiile portabile. În robotică, materialele rezistente și flexibile sunt necesare pentru a îmbunătăți mobilitatea și durabilitatea.
Piața electronicelor flexibile este în plină expansiune. De la 22,96 miliarde de euro în 2021, dimensiunea pieței globale este de așteptat să crească la 43,75 miliarde de euro până în 2026.
Surse:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add6975
https://news.utexas.edu/2022/10/13/smart-plastic-material-is-step-forward-toward-soft-flexible-robotics-and-electronics/
