Stellen Sie sich vor, Sie könnten mit den Fingern schnippen und auf Befehl das Metall wechseln. Rice University Forscher kommen diesem Traum mit ihrer neuesten Kreation näher.
Materialingenieure Rafael Verduzco und der Doktorand Morgan Barnes haben ein Material entwickelt, das sich sowohl unter Umgebungsbedingungen verändert als auch bei Wärmeeinwirkung wieder verändert. Die Morphing-Kraft des Materials funktioniert auch umgekehrt.
Wie sich das Material verändert
Der Prozess funktioniert auf Nanoebene. Flüssigkristalle und das Elastomer, das sie hält, kämpfen um die Kontrolle, erklärten die Forscher.
Wenn das Material abgekühlt ist, gewinnt die in die Kristalle programmierte Form. Wenn Wärme angewendet wird, entspannen sich die Kristalle und das Elastomer übernimmt. Das Team verglich es mit Eis, das zu Wasser schmilzt.
"Diese werden mit zweistufiger Chemie hergestellt, die seit langem durchgeführt wird", sagte Verduzco, Professor für chemische und biomolekulare Verfahrenstechnik sowie für Materialwissenschaften und Nanotechnik.
„Die Leute haben sich auf die Strukturierung von Flüssigkristallen konzentriert, aber sie hatten nicht darüber nachgedacht, wie diese beiden Netzwerke miteinander interagieren.
„Wir dachten, wenn wir das Gleichgewicht zwischen den Netzwerken optimieren könnten - sie nicht zu steif und nicht zu weich machen - könnten wir diese raffinierten Formänderungen erzielen.“
Barnes und Verduzco hat wirklich einige raffinierte Formen geschaffen. Anstatt Standardwürfel oder -kugeln oder -pyramiden zu verwenden, baute das Duo Gesichter, das Universitätslogo, eine Rose und einen Legoblock aus.
Beim Erhitzen auf 80 Grad Celsius 176 Grad Fahrenheit , die komplexe Struktur kollabiert zu einem flachen Blatt.Nach dem Abkühlen dauert die Reform der Form nur wenige Minuten.
„Anstelle von einfachen einachsigen Formänderungen, bei denen Sie etwas haben, das sich verlängert und zusammenzieht, können wir etwas haben, das von einer 2D-Form zu einer 3D-Form oder von einer 3D-Form zu einer anderen 3D-Form wechselt“, sagte Barnes.
Moderne Anwendungen für dieses formverändernde Material
Diese Forschung führt nicht nur zu faszinierenden Formänderungen, sondern die Forscher sagen, dass sie für innovativere Zwecke verwendet werden kann.
Das Material könnte dazu beitragen, dass weiche Robotik in Rettungs- und Forschungsteams abflacht und schwer zu findende Bereiche erreicht. Es kann auch in der biomedizinischen Robotik verwendet werden, bei der Materialien benötigt werden, um bei Körpertemperatur vorprogrammierte Formen anzunehmen.
Barnes sagte, der nächste große Schritt des Labors sei die Senkung der Aktivierungstemperatur, damit das Material in der biomedizinischen Robotik verwendet werden kann.
„Die Aktivierung bei Körpertemperatur eröffnet uns viel mehr Anwendungen“, erklärte sie.
Sie möchte auch eine Variante entwickeln, die eher auf Licht als auf Wärme reagiert. „Wir möchten, dass sie auf Fotos reagiert“, sagte Barnes.
„Anstatt die gesamte Probe zu erhitzen, können Sie nur den Teil des Flüssigkristallelastomers aktivieren, den Sie steuern möchten. Dies wäre eine viel einfachere Möglichkeit, einen weichen Roboter zu steuern.“
Die Forschung wurde in einer kürzlich erschienenen Ausgabe der Zeitschrift der Royal Society of Chemistry veröffentlicht. Weiche Materie .