ابداع ماده عجیبی که با ضربه سفت می‌شود

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از ساینس الرت، مجریان این طرح از دانشگاه کالیفرنیا مرسد، می‌گویند:این خاصیت که «دوام تطبیقی»، خوانده می‌شود، یک ویژگی مهم از نظر علم مواد است. این به معنای محافظت در برابر آسیب و مقاومت در برابر فشار، حتی در محیط‌های سخت است.

این ماده جدید در واقع از نشاسته ذرت مورد استفاده در پخت و پز الهام گرفته شده است که با اضافه کردن آب می‌توان آن را هم زد. بر خلاف شن و ماسه مرطوب که دارای ویسکوزیته ثابتی است چه در حالت مخلوط و چه در هنگام ضربه خوردن، دوغاب نشاسته ذرت وقتی به آرامی هم زده می‌شود مانند یک مایع عمل می‌کند و وقتی سریع ضربه می‌بیند مانند یک جامد رفتار می‌کند.

وقتی نشاسته ذرت را به آرامی له می‌کنید، ذرات ریزیکدیگر را دفع می‌کنند و باعث می‌شوند مانند یک مایع عمل کنند. اما اگر سریع به سطح آن ضربه بزنید، آنها به هم برخورد می‌کنند که باعث اصطکاک می‌شود و مانند یک جامد عمل می‌کنند. این تفاوت در رفتار به دلیل اندازه ذرات است.

محققان می‌خواستند ببینند که آیا می‌توانند با یک ماده پلیمرینیز به همین نتایج برسند.

به همین منظور محققان از پلیمر‌های مزدوج استفاده کردند؛ پلیمر‌هایی با خواص ویژه که به مواد کمک می‌کنند جریان الکتریسیته را هدایت کنند و در عین حال نسبتانرم و انعطاف پذیر می‌مانند. این مواد را می‌توان از انواع ترکیبات مولکول‌ها تهیه کرد.

در این مورد، آنها مولکول‌های بلند «پلی» (۲-اکریلامیدو-۲-متیل پروپان سولفونیک اسید)، مولکول‌های کوتاه «پلی آنیلین» و یک هادی بسیار کارآمد به نام «پلی استایرن سولفونات» (PEDOT:PSS) را ترکیب و ماده‌ای ساختند که در اثر ضربه‌های سریع تغییر شکل داده یا کشیدهمی شود.

هرچه ضربات سریعتر باشد، ماده سخت‌تر می‌شود. افزودن ۱۰ درصد PEDOT:PSS بیشتر، دوام تطبیقی و رسانایی مواد را بهبود بخشید.

به گفته محققان، انتخاب دو پلیمر با بار مثبت و دو پلیمر با بار منفی، ماده‌ای با ساختار‌های فوق العاده کوچک مانند کوفته‌های مینیاتوری در یک کاسه اسپاگتی ایجاد می‌کند. این «کوفته‌ها» شوک ناشی از ضربه‌ها را جذب می‌کنند، بدون اینکه کاملا از هم جدا شوند وهمچنین مواد و رسانایی آن را در جای خود نگه می‌دارند.

آزمایش‌های بیشتر حاکی از آن است که افزودن نانوذرات ۱، ۳-پروپاندی‌آمین با بار مثبت، چقرمگی را حتی بیشتر و «کوفته‌ها» را اندکی ضعیف می‌کند (بنابراین مواد ضربه‌های بزرگ‌تری به خود می‌گیرد) در حالی که «رشته‌های اسپاگتی» اطراف آنها را تقویت میکند (حفظ یکپارچگی مواد).

اگرچه اینها فرایند‌های کاملا پیچیده و فنیهستند، اما وقتی بتوان مواد را در مقیاسزیاد تولید کرد، کاربرد‌های متنوعی برای آنها وجود دارد. مثلانوار‌های ساعت هوشمند، حسگر‌های پوشیدنی و مانیتور‌های سلامت (برای سلامت قلب و عروق یا سطح گلوکز) همه نمونه‌هایی هستند که توسط تیم تحقیقاتی ارائه شده است.

پروتز‌های الکترونیکی شخصی سازی شده یکی دیگر از موارد استفاده بالقوه است. می‌توان اندام‌های مصنوعیرا از این ماده همه کاره پرینت سه بعدیگرفت.

نتایج این تحقیقات در نشست بهار ۲۰۲۴ انجمن شیمی آمریکا اعلام شده است.