Dans le monde, tout obéit à certaines lois. Beaucoup de choses qui nous entourent, on ne peut pas imaginer le contraire. Pour nous, l'eau est toujours humide, le feu est chaud, la balle est sphérique et le cube est cubique, peu importe à quel point il sonne enfantin. Mais en est-il toujours ainsi? Soit dit en passant, la forme de tout objet est due à la fois aux lois chimiques et aux lois physiques. Mais une personne s'efforcera toujours d'ajuster le monde qui l'entoure, même si elle doit jouer avec les lois des sciences naturelles. Aujourd'hui, une grande attention est accordée à la minimisation des appareils et de leurs éléments individuels, tout en maintenant ou en augmentant leurs performances et en réduisant la consommation d'énergie. Cependant, il y a ceux qui pensent un peu plus large. Aujourd'hui, nous apprendrons à étudier des matériaux qui peuvent changer de forme selon le programme établi par les scientifiques. De quel type de matériel s'agit-il, quels facteurs influencent ses métamorphoses et à quel point il est important pour l'avenir de la technologie - nous en apprendrons davantage dans le rapport du groupe de recherche. Allons-y.
Base d'étudePour commencer, les scientifiques soulignent qu'il existe déjà des élastomères à cristaux liquides (
LC ) (
LCE ) qui vous permettent de changer la forme du matériau polymère. Ce processus est réversible, ce qui est également un gros plus. Cependant, cette technologie ne fonctionne qu'avec de gros objets et nécessite une programmation intensive et irréversible afin d'avoir un contrôle total sur le processus.
Les chercheurs ont mis
la chimie covalente dynamique * (
DCC ) au cœur de leur expérience. L'échantillon n'a changé de forme que si et où les éléments DCC photo-induits ont été activés.
Chimie covalente dynamique * - un ensemble de méthodes et techniques pour la création synthétique de structures supramoléculaires complexes à partir d'éléments moléculaires discrets.
Ainsi, l'utilisation de la lumière comme incitation à programmer un échantillon active un échange dynamique de liaisons, qui est
orthogonal * par rapport au comportement de phase de la LC. Cela permet au LCE de s'adapter à n'importe quelle phase LC ou même à la
phase isotrope * .
L'orthogonalité * est une propriété des linkers (fragments de molécules responsables de la fixation d'un composé chimique sur un substrat solide ou liquide) qui permet de les retirer, les retirer ou les modifier sans affecter les autres fragments de la molécule.
La phase isotrope * - se compose de micelles sphériques ** , qui sont la base d'un cristal liquide et sont situées sur un boîtier cubique centré sur le corps à l'intérieur d'une solution aqueuse.
Micelles ** - un ensemble d'éléments de substances tensioactives dans une solution colloïdale, composé de nombreuses molécules amphiphiles (simultanément hydrophiles et hydrophobes).
Démonstration vidéo de formation de micelles en utilisant un simple savon comme exemple.
Mais cette vidéo est très drôle, cependant, assez informative (n'a pas pu résister, donc, l'ajouta)
Les fondements théoriques ci-dessus ont permis aux chercheurs de créer un LCE dont la forme change de façon réversible selon le programme établi. Pour obtenir un tel résultat, un effet préalable (thermique, mécanique, chimique, léger, etc.) doit être exercé sur l'échantillon.
L'expérience et ses résultatsLa base de l'échantillon était constituée d'oligomères à cristaux liquides, qui diffèrent des polymères en ce que le nombre d'unités constituantes de ces molécules est limité. Certaines des caractéristiques de la polymérisation avec transfert de chaîne réversible par le mécanisme d'attachement-fragmentation (
AFT ) ont été appliquées aux oligomères.
Image n ° 1aGrâce à la réaction d'addition de thiol-Michael, il a été possible de fournir une installation plutôt sans problème de la fonction nécessaire en raison de l'introduction d'allyl dithiols dans les oligomères.
L'allyle * est un radical hydrocarboné dans lequel l'atome d'hydrogène est retiré du troisième atome de carbone.
Thiols * - analogue de soufre des alcools.
Cette méthode de fixation vous permet de créer, disons, des oligomères «contrôlés».
Étant un
monomère * thiol, l'allyl dithiol réagit avec le diacrylate mésogène (RM82) et le diacrylate de glycol (NPGDA), ce qui conduit à la formation d'oligomères contenant du sulfite d'allyle avec fonction AFT. Ensuite, la photopolymérisation dans un réseau de chaînes polymères connectées se produit.
Le monomère * est une substance de faible poids moléculaire qui forme un polymère dans une réaction de polymérisation.
Un élastomère à cristaux liquides est un composé élastique, mais grâce à l'application des méthodes ci-dessus, il commence à se comporter comme un
fluide viscoélastique * .
Fluide viscoélastique * - une substance avec élasticité, comme les solides, et irréversibilité de l'écoulement, comme les liquides.
Image # 1bDans l'image ci-dessus, nous voyons comment les éléments LCE ont subi l'alignement et l '«effacement» de l'alignement par déplacement mécanique (programmation) et destruction thermique (effacement). Ces processus étaient naturellement accompagnés d'une exposition à la lumière (hv, 30 mW / cm
2 , longueur d'onde de 320 à 500 nm).
Le graphique polaire (à droite) présente les résultats de la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier, qui correspond au noyau C - H
aromatique * (3350 - 3300 cm
-1 ) à différents angles de polarisation de la lumière.
Les composés aromatiques * sont des composés cycliques dans lesquels les cycles conjugués de liaisons insaturées présentent une stabilité anormale.
Miura Ori
Image n ° 1sLa figure
1c montre le processus de programmation d'un film thermiquement réversible. Un film polymère multidomaine de 250 μm d'épaisseur a été plié manuellement selon le schéma Miura-ori, après quoi il a été exposé à la lumière (320 - 500 nm, 100 mW / cm
2 ) et à une légère chaleur (30 ° - 40 ° C). En conséquence, lorsqu'il est exposé à une température élevée, le film se déplie et, pendant le refroidissement, il se replie.
Démonstration du changement de la forme d'un film plat en un film plié et un carré en cercle (à partir de 02:05)Des résultats similaires suggèrent que l'utilisation d'éléments AFT vous permet de combiner les propriétés thermodurcissables et thermoplastiques dans un seul matériau.
Une forme similaire de l'échantillon (Miura-ori) n'a pas été choisie par hasard. Cette option est beaucoup plus compliquée que le simple étirement et la compression et permet de comprendre l'efficacité de la programmation de la substance.
L'image ci-dessus montre une version simplifiée de la modification de la forme d'un échantillon en programmant ses éléments. Le film plat (
A ) a été tordu en spirale (
B ) à la main et exposé à celui-ci pendant 10 secondes avec une lumière de 50 à 100 mW / cm2 avec une longueur d'onde de 320 à 500 nm. Chauffer un échantillon en spirale à 100 ° C et 10 autres avec une exposition à la lumière le ramène à sa forme plate précédente (
C ).
En conséquence, la forme isotrope qu'un objet prend à une température croissante peut être définie pendant la photopolymérisation primaire. Et la forme LC, que l'objet prend à température ambiante (sans effets lumineux et thermiques supplémentaires), est programmée par l'échange d'éléments AFT.
Carré → Cercle → CarréLa méthode ci-dessus a également été utilisée pour changer le carré de l'échantillon en rond (exagéré, car le volume de l'échantillon pour faciliter la narration dans le rapport des scientifiques n'est pas pris en compte).
Comme le montre le rouleau ci-dessus, le bloc carré a une forme stable lorsqu'il n'est pas affecté par un rayonnement thermique et lumineux supplémentaire. Lorsque la température monte à 100 ° C, l'échantillon change de forme en fonction du trou dans lequel il n'a pas pu passer avec la forme d'origine.
En utilisant différentes températures, les chercheurs ont trouvé une réaction différente à cet effet. Ainsi, en programmant l'échantillon à une température de 120 ° C, le polymère assimile le domaine unique en phase LC et correspond presque complètement à la déformation appliquée en phase isotrope. Un échantillon programmé en phase LC à des températures de 25 et 67 ° C n'a montré pratiquement aucune déformation programmée en phase isotrope. En d'autres termes, à de telles températures, l'échantillon n'a pas pris la forme souhaitée. Si la température de programmation est supérieure à la température de transition de phase (80 ° C), alors une tension très uniformément répartie est observée sur l'ensemble du réseau de l'échantillon, par conséquent, une relaxation uniforme se produit également sur toute la zone de l'échantillon. Ainsi, par essais et erreurs, la température optimale (à ce stade de la recherche) a été établie pour programmer la forme de la substance.
Les chercheurs ont fourni un rapport pour que chacun puisse se familiariser avec son travail.Ainsi que des matériaux supplémentaires.ÉpilogueSelon les scientifiques, leurs travaux vous permettent de mieux comprendre certains processus qui se déroulent à l'intérieur de diverses substances. L'utilisation de la lumière comme facteur externe donne un contrôle spatial et temporel sur le processus de programmation de la forme de l'échantillon.
Les scientifiques ont réussi à créer un matériau photopolymérisable et thermoréversible qui peut être programmé à plusieurs reprises en utilisant des effets mécaniques, lumineux et thermiques. Un changement dans la structure moléculaire de l'échantillon a permis de le rendre universel - un échantillon peut prendre presque toutes les formes données par une personne.
À l'avenir, les scientifiques poursuivront leurs recherches, car ils doivent encore améliorer le processus de programmation lui-même, et continuer à rechercher de nouveaux moyens, éventuellement plus efficaces, d'influencer l'échantillon dans le processus de programmation.
La possibilité de modifier la forme de l'échantillon, ou plutôt de le manipuler, ouvre de nouvelles possibilités dans la création d'appareils pour les domaines les plus divers de la vie humaine: de la médecine et de l'armée aux technologies informatiques et spatiales.
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