پژوهشگران تایوانی موفق به توسعه نوعی ژل هوشمند کشسان و خودترمیم‌شونده شده‌اند که هنگام کشیده شدن یا حرارت دیدن، تغییر رنگ می‌دهد.
به گزارش تکناک، این ماده نوآورانه با ترکیب استحکام بالا، قابلیت خودترمیمی و حسگرهای درونی می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در ابزارهای پوشیدنی هوشمند و حوزه رباتیک نرم داشته باشد.
بیشتر مواد نرم یا کشسان فقط یک ویژگی برجسته دارند: به خوبی کش می‌آیند و شکننده، یا محکم هستند، اما قادر به ترمیم نیستند و حسگر ندارند. اما ژل جدید محققان تایوانی توانسته است سه قابلیت نادر زیر را در یک ماده واحد ادغام کند:
- استحکام بالا
- خودترمیمی
- تشخیص تنش و حرارت با تغییر رنگ
رمز این نوآوری در طراحی هوشمندانه مولکولی آن نهفته است.
فهرست مطالب
راز نوآوری ژل هوشمند کشسان
این ژل با استفاده از مولکول‌های خاصی ساخته شده است، که مثل حلقه‌هایی روی یک میله می‌لغزند و رفتاری شبیه فنر دارند. این مولکول‌ها که «روتاکسان» نام دارند، به صورت زنجیره‌ای به هم وصل شده‌اند و باعث می‌شوند که ژل، خاصیت کشسانی بالایی داشته باشد.
همچنین پژوهشگران یک مولکول نورده به نام DPAC را به این ساختار اضافه کرده‌اند. این مولکول در حالت عادی نور نارنجی تولید می‌کند، اما زمانی که حرکت آن محدود شود، مثلاً وقتی ژل کشیده یا خم شود، رنگ نور آن به آبی تغییر می‌کند.
در نتیجه، زمانی که ژل تحت فشار قرار می‌گیرد، حرکت DPAC محدود می‌شود و رنگ ژل زیر نور فرابنفش از نارنجی به آبی تغییر می‌کند؛ درست مثل یک حسگر که واکنش مکانیکی را با تغییر رنگ نشان می‌دهد.
خودترمیمی و استحکام فوق‌العاده ژل جدید
این ژل هوشمند کشسان بر پایه پلی‌یورتان ساخته شده و با نانوکریستال‌های سلولز تقویت شده است. نانوکریستال‌ها با تشکیل پیوندهای هیدروژنی برگشت‌پذیر، خاصیت خودترمیمی ژل را فراهم می‌کنند.
نتایج آزمایش‌ها روی این ژل شامل موارد زیر بود:
- ژل توانست ۴۶۰۰ درصد کشیدگی را بدون پارگی تحمل کند.
- استحکام آن ۱۴۲ مگاژول بر متر مکعب اندازه‌گیری شد، که حدود ۲.۶ برابر قوی‌تر از نمونه مشابه بدون این مولکول‌ها است.
- این ژل می‌تواند خود را ترمیم کند؛ در دمای معمولی چند ساعت طول می‌کشد، اما اگر کمی گرم شود، سریع‌تر به حالت اولیه بازمی‌گردد.
حسگر دوگانه فشار و دما
این ژل نه تنها در برابر کشش، تغییر رنگ می‌دهد، بلکه به دما هم حساس است. در دماهای بالا به رنگ نارنجی و در شرایط سرد یا تحت فشار به رنگ آبی در می‌آید. این ویژگی به محققان اجازه می‌دهد تنها با مشاهده رنگ، میزان فشار یا گرما را در سطح ماده ردیابی کنند.
کاربردهای احتمالی ژل هوشمند کشسان
به دلیل ترکیب منحصر‌به‌فرد ویژگی‌ها، این ژل می‌تواند در حوزه‌های متعددی به کار رود، که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- گجت‌های هوشمند که می‌توانند فشار و کشش واردشده به بدن را در لحظه اندازه‌گیری کنند.
- ربات‌های نرم که به قطعاتی نیاز دارند که هم مقاوم و هم انعطاف‌پذیر باشند.
- پوست مصنوعی یا ایمپلنت‌های پزشکی که بتوانند خود را ترمیم کنند و تغییرات محیطی را حس نمایند.
- قطعات الکترونیکی مقاوم به آسیب که قبل از خراب شدن، با تغییر رنگ هشدار می‌دهند.
پژوهشگران بیان کردند که این ژل واقعاً هوشمند است؛ زمانی که کشیده یا فشرده می‌شود، خود را ترمیم می‌کند و با تغییر رنگ نشان می‌دهد که در چه حد تحت فشار یا گرما بوده است. مولکول‌های خاص داخل آن مثل ضربه‌گیر عمل می‌کنند و به ژل کمک می‌کنند که واکنش نشان دهد.
