ترجمة: ميشيل رحال، الكيمياء العربي
تشبه هذه المادة، البوليميرات التي تملك ذاكرة الشكل Shape-Memory Polymer، كونه يمكن تغييرها مابين شكلين مختلفين. “على عكس المواد البوليميرية ذات ذاكرة الشكل، لا يوجد داعي لأن يتم برمجة المادة في كل دورة-تقوم هذه المادة بتغيير شكلها بشكل متكرر، بدون أية قوى خارجية، ببساطة عن طريق التسخين والتبريد” يقول ميتشل آنتاماتين Mitchel Anthamatten، أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية.
قام آنتاماتين مع فريقه، ببناء مادة اعتماداً على النجاح في تطوير بوليمير يمكنه الامتطاط عند تبريده. تحتاج البوليميرات عادةً لأن يتم تحميلها أوزان صغيرة لكي يحدث ذلك، تكون مرتبطة بالبوليمير بشكل موجه بحيث يحدث هذا الامتطاط والحصول على الشكل المطلوب. لكن ما فعله فريق آنتاماتين في جامعة روشستر، قسم الكيمياء Rochester Chemistry، أنه أوجد طريقة مخادعة وكأن المادة محملة بثقل.
لتنفيذ خطتهم، أدخل الباحثون إجهاد مستمر ضمن المادة. بدأوا باستخدام ألياف بوليميرية، والتي كانت مرتبطة بشكل فضفاض بروابط تسمى بالروابط المتصالبة Crosslinks، والتي تشكل شبكة من السلاسل الجزيئية البوليميرية. عند تحميل المادة بوزن، سوف تمتط ويتم الحصول على الشكل المطلوب. حتى هذه النقطة، قاموا بإضافة المزيد من التصالبات بين السلاسل الجزيئية، ومن ثم تم تبريد البوليمير، مما يسبب تبلوراً في الاتجاه المفضل.
أظهر فريق آنتاماتين بأن قوى التبلور الداخلية، قوية بشكل كاف لدرجة أنه يمكن جعل المادة تمتط في اتجاه أحادي. عند تبريدها لدرجة حرارة أقل من 500C، تبدأ أجزاء السلسلة البوليميرية بالتراص مع بعضها لتشكل بنية عالية الانتظام من مرتبة الميكرون والمسماة بالصفيحات Lamellae. تحدث عملية إعادة الترتيب هذه ضمن شبكة من السلاسل البوليميرية، مما يجعل طول المادة يزداد بنسبة 15%.
“يشابه الإجهاد الذي شكلناه ضمن المادة أية حمولة خارجية، ويجعل المادة “تتذكر” الشكل الذي سوف تتخذه لاحقاً عندما تبرد المادة عند زوال الاجهاد” يقول آنتاماتين.
تحتاج المواد البوليميرية التقليدية ذات ذاكرة الشكل، لأن تبرمج بعد كل دورة، لكن لا يحدث ذلك مع المادة التي طورها آنتاماتين وفريقه. بعد عدة دورات من التبريد والتسخين، اكتشف الفريق أن المادة قد عادت لشكلها __ المبرمج، وعادت لشكلها الأولي بدون أية انحرافات ملحوظة عن هذا الشكل.
يتصور آنتاماتين أنه سيتم تطبيق هذه المادة ضمن مجالات عديدة تتطلب أن تكون المادة قادرة على العودة إلى شكلها الأصلي خلال عمليات التشغيل، من ضمنها التقانة الحيوية، العضلات الصنعية، والروبوتات.
يقول آنتاماتين: “الخطوة الثانية هي تحسين شكل المادة البوليميرية، والطاقة الصادرة خلال العملية. سيتم ذلك من خلال تعديل نمط وكثافة التصالبات التي تربط السلاسل المنفردة ببعضها”.
المصدر:
New self-stretching material developed at University of Rochester. (n.d.). University of Rochester. Retrieved February 22, 2015, from http://www.rochester.edu/newscenter/new-self-stretching-material-developed-at-university-of-rochester/
