Insegnare un vecchio trucco di memoria polimerica

I ricercatori hanno scoperto proprietà di memoria di forma in un polimero disponibile in commercio ampiamente utilizzato per realizzare membrane per celle a combustibile. Il polimero, Nafion, può assumere quattro forme diverse in risposta ai cambiamenti di temperatura: i ricercatori hanno già realizzato polimeri a tripla forma. È probabilmente il polimero intelligente più versatile mai scoperto, affermaTao Xie, uno scienziato dei polimeri presso il Centro di ricerca e sviluppo GM di Warren, MI, che ha pubblicato le sue scoperte nel numero di questa settimana Natura .

Magia trasformante: I ricercatori hanno addestrato il polimero Nafion ad assumere forme diverse a temperature diverse. In senso orario da sinistra in alto: la forma originale del polimero; a 140 ºC; a 107 ºC; e a 68 ºC.

I polimeri a memoria di forma passano da una forma predefinita a un'altra in risposta a fattori scatenanti come temperatura, luce o campo magnetico. La maggior parte di questi materiali ha una forma temporanea e uno stato permanente a cui tornano quando vengono attivati. I polimeri sono in fase di sviluppo per apparecchi ortodontici autoregolanti, suture autoleganti per chirurgia laparoscopica, dispositivi medici come stent per vasi sanguigni e impianti ossei e aerei con ali che si trasformano durante il volo.

La versatilità di Nafion come polimero multiforme è sorprendente, poiché inizialmente non è stato sviluppato per questo scopo, affermaAndreas Lendlein, un pioniere dei polimeri a memoria di forma presso il Centro di ricerca GKSS di Teltow, in Germania. Xie afferma che le sue scoperte suggeriscono che un'ampia gamma di polimeri con proprietà simili potrebbe essere in grado di cambiare forma più volte.

Le proprietà di cambiamento di forma di Nafion indicano anche che potrebbe assumere più di quattro forme. Il polimero può essere programmato per trasformarsi a temperature arbitrarie entro un ampio intervallo purché queste temperature siano ben separate. Xie è stato in grado di programmare tre transizioni, per un totale di quattro forme. Ti chiedi quanti possono ricordare, dice.

Più forme puoi memorizzare, più complesse puoi rendere la struttura e la funzione, afferma Christoph Weder, un chimico di polimeri presso laUniversità di Friburgoin Svizzera. Potrebbe, per esempio, espandere le applicazioni attuali: ali di aerei che assumono quattro forme diverse; antenna per veicoli spaziali che si espandono a diverse larghezze; e stent di larghezza regolabile che potrebbero essere spostati da un vaso sanguigno più ampio a uno più stretto o che potrebbero essere posizionati in corrispondenza del ramo di un'arteria.

Nel 2006, Lendlein e i suoi colleghi hanno sviluppato un materiale che può assumere tre forme in risposta ai cambiamenti di calore. La chiave era sviluppare due tipi di polimeri con punti di fusione distinti. Il materiale ha mantenuto una forma a temperatura ambiente, spostato in una seconda forma quando riscaldato al di sopra di un punto di fusione e una forma finale quando riscaldato a una temperatura ancora più elevata.

Con Nafion, dice Xie, non dobbiamo fare nulla di stravagante. Può essere programmato per contenere più forme perché ha un ampio intervallo di temperatura, da 55 ° C a 130 ° C, dove rimane morbido e gommoso e può essere deformato. La maggior parte dei polimeri ha una tale temperatura di transizione vetrosa; sono gommose sopra e fragili sotto.

La programmazione del polimero comporta il riscaldamento ad alta temperatura all'interno dell'intervallo di transizione vetrosa, la deformazione e il successivo raffreddamento a una temperatura inferiore mantenendo la forza di deformazione. Dopo l'evento [di raffreddamento], quella forma è bloccata, dice Xie. La deformazione del polimero e il successivo raffreddamento consentono di programmare forme aggiuntive.

Xie è stato in grado di programmare Nafion tre volte. Il polimero associa le tre forme temporanee – lungo, più lungo e piegato – alle temperature a cui è stato deformato. Quando viene riscaldato, passa attraverso le forme temporanee, passando da piegato a dritto e poi più corto a quelle temperature preimpostate fino a raggiungere la sua forma permanente.

Né il materiale né il concetto sono nuovi, afferma Weder, ma questo è un lavoro interessante e innovativo poiché è il primo materiale di memoria a quattro forme. Xie prende un pezzo di polimero che tutti conoscono e con cui gioca e mostra un nuovo trucco con questo polimero, dice. In linea di massima, non vedo perché non possa assumere più forme.

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