Результаты были недавно опубликованы в журнале ACS Macro Letters.
Материал похож на полимер с памятью формы, потому что его можно переключать между двумя разными формами. «Однако, в отличие от других полимеров с памятью формы, материал не нужно программировать каждый цикл – он постоянно меняет форму без внешних сил просто при охлаждении и нагревании», – сказал Митчелл Антаматтен, доцент кафедры химической инженерии.
Антаматтен и его команда опирались на успех недавно разработанного полимера, который также может растягиваться при охлаждении. К другим полимерам необходимо приложить небольшие нагрузки – или веса – для того, чтобы придать форму, которую необходимо принять.
Это не относится к полимеру Rochester, потому что команда Anthamatten «обманула его, заставив думать», что груз был прикреплен.
Чтобы реализовать свою стратегию, исследователи ввели постоянный стресс внутри материала.
Они начали с полимерных нитей, которые были слабо связаны связями, называемыми поперечными связями, которые создают сеть молекул. Материал был растянут с приложенной нагрузкой, чтобы придать ему желаемую форму. В этот момент они добавили больше сшивок и охладили полимер, что привело к кристаллизации в предпочтительном направлении.
Команда Антаматтена показала, что внутренние силы кристаллизации достаточно сильны, чтобы растянуть материал в одном направлении. После охлаждения ниже примерно 50 ° C сегменты полимерной цепи упаковываются в высокоупорядоченные микрослои, называемые ламелями. Эта реорганизация происходит в сети полимерных цепей, в результате чего длина материала увеличивается более чем на 15 процентов.
«Напряжение, которое мы создали в сети, заменяет нагрузку и позволяет материалу« запоминать »форму, которую он примет, когда позже будет охлажден без нагрузки», – сказал Антаматтен.
Обычные полимеры с памятью формы необходимо перепрограммировать после каждого цикла, но это не относится к материалу, разработанному Антаматтеном и его командой.
После нескольких циклов охлаждения и нагрева они обнаружили, что материал принял запрограммированную форму и вернулся в исходное состояние без заметных отклонений.
Anthamatten предполагает, что материал будет применяться в ряде областей, в которых необходимо обратимое изменение формы во время операций, включая биотехнологию, искусственные мышцы и робототехнику.
«Следующим шагом является оптимизация формы полимерного материала и энергии, выделяемой в процессе», – сказал Антаматтен. "Это будет сделано путем регулировки типа и плотности поперечных связей, связывающих отдельные цепи вместе."
В исследовательскую группу вошли двое учеников Антаматтена – Юань Мэн и Цзису Цзян. Работа была поддержана изнутри Программой грантов для грунтовки насосов Университета Рочестера, которая существует для поддержки исследований, подтверждающих правильность концепции.