روند جدید تفاوت بین مواد طبیعی و مصنوعی را کاهش می دهد


اعتبار: EPFL

مواد طبیعی مانند پوست ، غضروف و تاندون ها به اندازه کافی قوی هستند که می توانند از وزن بدن و حرکات ما پشتیبانی کنند ، اما به اندازه کافی انعطاف پذیر هستند که به راحتی ترک نمی خورند. اگرچه ما این خواص را مسلم می دانیم ، تولید مثل این ترکیب بی نظیر در مواد مصنوعی بسیار دشوارتر از آن است که به نظر می رسد. دانشمندان EPFL اکنون روشی جدید برای ساختن پلیمرهای کامپوزیتی محکم و الاستیک ایجاد کرده اند که با دقت بیشتری مواد موجود در جهان طبیعی را تقلید می کند. دستیابی به موفقیت آنها ، توصیف شده در مقاله منتشر شده در مواد کاربردی پیشرفته، ممکن است در مناطقی مانند رباتیک نرم و پروتز غضروف کاربرد داشته باشد.

هیدروژل های مصنوعی معمولاً در دو دسته بسیار متفاوت از مواد قرار می گیرند. نوع اول ، که شامل شیشه پنجره و برخی از پلیمرها است ، سخت و تحمل بار است ، اما به دلیل جذب کم انرژی شناخته شده است: حتی کوچکترین ترک نیز می تواند از طریق ساختار گسترش یابد. مواد موجود در گروه دوم بهتر قادر به مقاومت در برابر ترک خوردگی هستند ، اما یک معامله وجود دارد: آنها بسیار نرم هستند – در واقع بسیار نرم هستند که نمی توانند بارهای سنگین را تحمل کنند. با این وجود برخی از کامپوزیت های طبیعی – ساخته شده از ترکیبی از مواد بیولوژیکی و پروتئین ها ، از جمله کلاژن – هر دو مقاوم و مقاوم در برابر ترک هستند. آنها این خصوصیات را مدیون ساختار بسیار دقیق خود هستند ، از مقیاس نانو تا میلی متر: به عنوان مثال ، الیاف بافته شده به ساختارهای بزرگتر سازماندهی می شوند ، که به نوبه خود برای تشکیل ساختارهای دیگر مرتب می شوند و غیره.

استر آمستاد ، دستیار آزمایشگاه مواد نرم EPFL و نویسنده اصلی مقاله ، گفت: “ما هنوز از توانایی کنترل ساختار مواد مصنوعی در چنین مقیاس گسترده ای دور هستیم.” با این وجود ماتئو هیرش و آلوارو شارلت – دو دستیار دکترا که زیر نظر آمستاد کار می کنند – روش جدیدی را در ساخت کامپوزیت های مصنوعی ابداع کرده اند و ماکت های خود را از دنیای طبیعی گرفته اند. آمستاد توضیح می دهد: “در طبیعت ، بلوک های اصلی سازنده در محفظه ها محصور شده اند ، سپس به روش کاملاً محلی آزاد می شوند.” “این فرایند کنترل بیشتری بر ساختار نهایی و ترکیب محلی مواد فراهم می کند. ما نیز با رویکرد مشابه ، بلوک های ساختمانی خود را در محفظه ها مرتب کرده و سپس آنها را در یک نسخه مونتاژ می کنیم.”

روند جدید تفاوت بین مواد طبیعی و مصنوعی را کاهش می دهد

اعتبار: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

ابتدا دانشمندان مونومرها را در قطرات امولسیون روغن آب قرار دادند که به عنوان محفظه عمل می کنند. در داخل قطرات ، مونومرها با هم ترکیب می شوند و شبکه ای از پلیمرها را تشکیل می دهند. در این مرحله ، ریز ذرات پایدار هستند ، اما فعل و انفعال بین آنها ضعیف است ، به این معنی که مواد رفتار خوبی ندارند. ریز ذرات – که مانند قارچ بسیار متخلخل هستند – سپس قبل از اینکه مواد به شکل خمیر درآیند ، با نوع دیگری از مونومر آغشته می شوند. شکل ظاهری آن ، همانطور که آلوارو شارلت می گوید ، “کمی شبیه ماسه مرطوب است که می تواند به یک قلعه شن تبدیل شود.”

دانشمندان سپس خمیر را به صورت سه بعدی چاپ کردند و در معرض اشعه ماورا بنفش قرار دادند. این امر باعث پلیمری شدن مونومرهای اضافه شده در مرحله دوم شد. این پلیمرهای جدید با آنهایی که در مراحل اولیه تشکیل شده اند در هم می آمیزند ، بنابراین خمیر سفت می شود. این امر منجر به ایجاد ماده ای بسیار مقاوم و مقاوم در برابر سایش شده است. تیم تحقیق نشان داد که لوله ای که فقط 3 میلی متر تنش دارد می تواند بار کششی تا 10 کیلوگرم و فشار 80 کیلوگرم را تحمل کند بدون اینکه به یکپارچگی ساختاری آن آسیب برساند.

کشف آنها کاربردهای بالقوه ای در رباتیک نرم دارد ، جایی که موادی که از خصوصیات بافتهای زنده تقلید می کنند ، تقاضای زیادی دارند. روند انقلابی همچنین می تواند برای تولید مواد زیست سازگار برای کاشت پروتز غضروف اعمال شود.


از آزمایشگاه ، اولین ژل غضروف تقلید می کند که به اندازه کافی برای زانوها محکم است


اطلاعات بیشتر:
ماتئو هیرش و همکاران چاپ 3 بعدی هیدروژل های گرانول قوی و محکم با مش دو مواد کاربردی پیشرفته (2020) DOI: 10.1002 / adfm.202005929

تهیه شده توسط Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

نقل قول: روند جدید شکاف بین مواد طبیعی و مصنوعی را کاهش می دهد (2020 ، 19 نوامبر) ، بازیابی شده در 19 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-narrows-gap-natural- synthetic-materials .html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*