منوعات

يطور العلماء مادة لاصقة قوية ولكن قابلة لإعادة الاستخدام من مواد ذكية

طور العلماء في جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة (NTU Singapore) مادة لاصقة ذكية قابلة لإعادة الاستخدام أقوى بعشر مرات من التصاق مخلب أبو بريص، مما يمهد الطريق لتطوير كماشة قابلة لإعادة الاستخدام وقادرة على دعم الأوزان الثقيلة على الأسطح الخشنة. والأسطح الملساء.

لقد وجد فريق البحث بجامعة NTU، بقيادة البروفيسور K Jimmy Hsia، طريقة لزيادة التصاق المواد اللاصقة الذكية إلى أقصى حد باستخدام بوليمرات ذاكرة الشكل، والتي يمكن أن تلتصق وتتحرر بسهولة عند الحاجة ببساطة عن طريق تسخينها.

كتب الشهر الماضي في المجلة العلمية المجلة العلمية الوطنيةيشرح الفريق بالتفصيل اختراقه في مجال الالتصاق من خلال هندسة مادة البوليمر ذات الذاكرة الشكلية على شكل ألياف ليفية تشبه الشعر.

يمكن لهذا اللاصق الذكي أن يدعم الأوزان الثقيلة للغاية، مما يفتح إمكانيات جديدة للقابضين الآليين الذين يسمحون للبشر بتسلق الجدران دون عناء، أو لتسلق الروبوتات التي يمكنها التشبث بالأسقف لتطبيقات المسح أو المراقبة.

وقال البروفيسور هسيا، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية في كلية الهندسة الميكانيكية وهندسة الفضاء الجوي (MAE) وكلية الكيمياء والهندسة الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية بجامعة NTU: “يعتمد هذا البحث على فهم أساسي لآليات قوى الالتصاق على الأسطح الخشنة. يمكن أن يساعدنا هذا في تطوير مواد لاصقة قوية جدًا، ولكن يمكن تحريرها بسهولة وقابلة للتكيف مع الأسطح الخشنة. ستكون هذه التقنية مفيدة جدًا في أدوات القابض اللاصقة وروبوتات التسلق، ويمكن أن تسمح للبشر يومًا ما بتسلق الجدران مثل الرجل العنكبوت الحقيقي.

إنه مطاط، إنه غراء؛ يتذكر شكله ويتمسك بك

البوليمرات ذات ذاكرة الشكل هي مواد يمكنها الاحتفاظ “بذكريات” شكلها السابق والعودة إلى شكلها الأصلي بعد تشوهها عن طريق تطبيق محفزات خارجية مثل الحرارة أو الضوء أو التيار الكهربائي. هذه الخصائص تجعلها مثالية للاستخدام كمواد لاصقة قابلة للتحويل يمكنها التكيف مع الأسطح المختلفة.

في اختباراتهم، استخدم الباحثون بوليمرًا ذا ذاكرة شكلية يسمى E44 epoxy، وهو بلاستيك صلب يشبه الزجاج في درجة حرارة الغرفة. عند تسخينها، تتحول المادة إلى حالة ناعمة تشبه المطاط والتي يمكن أن تتوافق وتثبت على الزوايا والشقوق المجهرية. عندما يبرد، يصبح زجاجيًا، مما يخلق روابط لاصقة قوية جدًا من خلال تأثير تثبيت الشكل.

عندما يتم إعادة تسخين المادة، فإنها تعود إلى حالتها المطاطية بحيث يمكن إزالتها وفصلها بسهولة عن السطح الذي كانت تلتصق به.

ووجد الباحثون أن الالتصاق الأكثر فعالية جاء من هندسة البوليمر ذو ذاكرة الشكل إلى مجموعة من الألياف الشبيهة بالشعر. كان لا بد من تصميم كل ليف بعناية: فالألياف الأكبر حجمًا كانت ذات التصاق أضعف، في حين كان من الصعب تصنيع الألياف الأصغر حجمًا وعرضة للانهيار والتدهور. كان للبقعة الجميلة نصف قطر يتراوح بين 0.5 ملم و3 ملم، مما دفع حدود القبضة مع الحفاظ على السلامة الهيكلية.

واكتشف الباحثون في تجاربهم وجود ليف يبلغ قطره 19.6 ملم2 يمكن للمقطع العرضي أن يدعم أحمالًا تصل إلى 1.56 كجم. كل ليف إضافي يساعد على دعم المزيد من الوزن. ويمكن لمجموعة مكونة من 37 ليفًا بحجم كف اليد، تزن حوالي 30 جرامًا، أن تدعم وزنًا يصل إلى 60 كجم، وهو وزن الإنسان البالغ.

قال المؤلف الأول لورقة البحث، الدكتور لينغهو تشانغهونغ، الباحث في جامعة NTU: “يوضح اللاصق الذكي الخاص بنا كيف يمكن لبوليمرات ذاكرة الشكل أن تحافظ على الالتصاق بل وتحسنه مع زيادة خشونة السطح وزيادة مساحة السطح. وبهذا يتغلب على “مفارقة الالتصاق” التي يتساءل عنها العلماء. ، حيث يوجد انخفاض في قوة الالتصاق على الأسطح الخشنة على الرغم من مساحة السطح الأكبر التي يمكن أن تلتصق بها الجزيئات. أظهرت اختباراتنا أن قوة التصاق البوليمر تزداد مع خشونة السطح في الحالة الصلبة وتتناقص عندما تكون في الحالة المطاطية. “

قال المؤلف المشارك البروفيسور جاو هواجيان، الأستاذ المتميز السابق في كلية MFA بجامعة NTU والأستاذ حاليًا في جامعة Xinghua في جامعة Tsinghua: “لأغراض الإمساك العملية، يجب أن يكون اللاصق قويًا بما يكفي للالتصاق بالسطح، ولكن يمكن أيضًا تحريره بسهولة”. عند الاحتياج. يعد التبديل بين الوضعين أمرًا حيويًا للتطبيقات العملية. يمكن أن تتحمل المواد اللاصقة الأقوى أحمالًا أثقل ولكن يصعب تحريرها – وهذا ما نسميه “تبديل الصراع”. نتج عن ذلك مادة لاصقة يمكن أن تتصلب بسهولة لتلتصق بالأسطح، وتلين بنفس السهولة عند تحريرها، مع الحفاظ على قدرتها على تحمل الوزن الثقيل، بما في ذلك وزن الإنسان.

وأضاف البروفيسور هسيا: “إن المواد اللاصقة المصنوعة من البوليمر ذات ذاكرة الشكل التي صممناها تتغلب على مفارقة الالتصاق وتعارض قابلية التبديل، وبالتالي توفر إرشادات لتطوير مواد لاصقة أقوى وأكثر قابلية للتحويل والتكيف مع الأسطح الخشنة. »

تمهيد الطريق لمعدات التسلق اللزجة

يتطلب فصل البوليمر ذو ذاكرة الشكل أثناء تثبيته على سطح في الحالة الزجاجية أقل من دقيقة من التسخين باستخدام مجفف الشعر لرفع درجة الحرارة إلى 60 درجة مئوية مقابل 60 درجة مئوية. على العكس من ذلك، للتثبيت، تستغرق المادة حوالي ثلاث دقائق. حتى يبرد تماماً ويثبت في مكانه.

يمكن التحكم في درجة الحرارة التي تتغير عندها حالة البوليمر عن طريق ضبط نسب المكونات المستخدمة لتكوين البوليمر. وهذا يسمح باستخدام البوليمر في البيئات القاسية، مثل الظروف الجوية الحارة. في اختباراتهم، حدد الباحثون درجة الحرارة التي ينفصل عندها البوليمر عند 60 درجة مئوية، وهي درجة حرارة خارج الظروف الأكثر راحة في العالم الحقيقي.

إن قدرة المادة على الالتصاق والتحرير باستخدام الحرارة فقط تسمح لها بالعمل بمثابة غراء فائق قابل لإعادة الاستخدام ولا يترك بقايا لزجة على الجدران. يمكن استخدامه أيضًا كقابض ناعم قادر على لصق الأشياء ذات الأنسجة السطحية المختلفة والاحتفاظ بها بشكل موثوق لفترات طويلة من الزمن.

وقال الدكتور تشانغهونغ: “في الوقت الحالي، فإن أوقات التسخين والتبريد، وكذلك التغيرات في درجات الحرارة، تحد من عدد حالات الاستخدام في العالم الحقيقي. ومع ذلك، تظهر نتائجنا أنه من الممكن تقليل أوقات الانتظار إلى بضع ثوانٍ فقط، ويمكن خفض درجات حرارة التبديل لتقترب من درجة حرارة الجسم، وبالتالي فتح إمكانيات التطبيق بشكل كبير. »

وأضاف: “يمكن أيضًا أن تكون المحفزات لتغيير المادة من حالة إلى أخرى مختلفة، مثل استخدام تيار كهربائي أو ضوء”.

وفي المستقبل، يهدف فريق البحث إلى تقليل وقت التبريد اللازم للالتصاق. ويتصور الفريق أن المادة اللاصقة يمكن استخدامها في نهاية المطاف في معدات التسلق – مثل القفازات والأحذية – التي من شأنها أن تسمح للمتسلقين بالالتصاق بالجدران وتسلقها. ويمكن أيضًا تجهيز الروبوتات بالأجهزة اللازمة لإنشاء روبوتات تسلق الجدران، وهي مفيدة في العديد من الصناعات مثل البناء ومسح المباني.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى