الاستومرهای کریستال مایع پارچه شکل‌گیری را می‌سازند - دنیای فیزیک

الاستومرهای کریستال مایع پارچه شکل‌گیری را می‌سازند - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 14 دسامبر 2023، 12:00 بعد از ظهر

عکس یک تکه پارچه ساخته شده از یک فیبر الاستومر کریستال مایع که می تواند شکل خود را در پاسخ به محرک های حرارتی تغییر دهد. پارچه خاکستری است و دو دست آن را دراز می کند
محققان MIT و دانشگاه نورث ایسترن یک فیبر الاستومری کریستال مایع ساختند که می تواند شکل خود را در پاسخ به محرک های حرارتی تغییر دهد. این الیاف که کاملاً با ماشین‌آلات تولید نساجی موجود سازگار است، می‌تواند برای ساخت منسوجات شکل‌دهنده استفاده شود، مانند ژاکتی که عایق‌تر می‌شود تا هنگام کاهش دما، کاربر را گرم نگه دارد. (با احترام: جی فورمن و همکاران)

نوع جدیدی از الیاف در پاسخ به دما شکل خود را به طور برگشت‌پذیر تغییر می‌دهد و می‌توان آن‌ها را به رشته‌هایی درآورد تا کل لباس‌های شکل‌گیری شوند. کاربردهای بالقوه این فناوری شامل لباس های فشرده برای ریکاوری پس از جراحی، فضای داخلی معماری تطبیقی ​​و حتی لباس هایی است که هنگام فعال شدن، پوشنده خود را در آغوش می گیرد.

الیاف جدید توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه نورث ایسترن ایالات متحده ساخته شده است و با تکنیک های استاندارد تولید پارچه، از جمله ماشین های خیاطی/بافندگی صنعتی و غیر صنعتی و ماشین های بافندگی سازگار است. بر خلاف الیاف تغییر شکل جریان، می توان آن را با نخ رسانا ترکیب کرد که با اعمال جریان الکتریکی به آن گرم می شود.

رهبری جک فورمن، دانشجوی دکتری در مرکز MIT برای بیت ها و اتم ها و گروه رسانه های ملموساین تیم فیبر را با سنتز یک الاستومر کریستال مایع (LCE) در یک واکنش دو مرحله‌ای، یک گلدانی تیول-اکریلات/ان، «کلیک» ساختند. اگرچه مولکول‌ها در کریستال‌های مایع مانند یک مایع جریان دارند، اما می‌توانند در یک آرایش کریستالی دوره‌ای قرار بگیرند. در مواد مورد مطالعه در این کار، مولکول‌های موجود در کریستال وقتی فیبر گرم می‌شود، ناهم تراز می‌شوند. این ناهماهنگی شبکه الاستومری را به هم می کشد و باعث انقباض مواد می شود. پس از حذف حرارت، فیبر به طول اولیه خود باز می گردد.

به عنوان بخشی از دوره تحصیلات تکمیلی (MAS.865 نمونه سازی سریع ماشین های نمونه سازی سریع: چگونه چیزی بسازیم که (تقریبا) هر چیزی را بسازدفورمن همچنین ماشینی ساخت و ساخت که می تواند فیبر را به صورت یک نخ پیوسته بچرخاند. دستگاه رزین LCE را گرم می کند و به آرامی آن را از طریق یک نازل فشار می دهد. همانطور که فیبر اکسترود می شود، با نور UV پخته می شود. در مرحله نهایی، فیبر با یک فیلم لغزنده پوشانده شده و دوباره پخت می شود. نتیجه یک الیاف قوی و صاف است که سپس در یک استخر بالا جمع می شود و در پودر فرو می رود تا بتواند به راحتی وارد ماشین آلات تولید نساجی شود.

فرآیند کامل سنتز و ریسندگی از ابتدا تا پایان حدود 24 ساعت طول می کشد و یک فیبر آماده برای استفاده در حدود یک کیلومتر طول تولید می کند. اما فورمن اعتراف می‌کند که توسعه آن همه چیز ساده نبود. او می‌گوید: «از آنجایی که رزین و دستگاه هر دو در داخل ساخته می‌شدند، آزادی بسیار بیشتری داشتیم، اما همچنین گستره وسیع‌تری از مسائل برای رفع اشکال داشتیم». دنیای فیزیک. "گاهی غیرممکن بود که بگوییم آزمایشی شکست خورده است، زیرا دستگاه یا مواد بد رفتار می کند. هر دو باید اشکال زدایی می شدند، زیرا جایی برای اتصالات الکتریکی معیوب یا عدم دقت در طول سنتز وجود نداشت.

الیاف را می توان بافندگی، بافته و گلدوزی کرد

و همچنین جزئیات کامل فرآیند تولید در UIST '23: مجموعه مقالات سی و ششمین سمپوزیوم سالانه ACM در نرم افزار و فناوری رابط کاربری، محققان طراحی ماشین ریسندگی سفارشی خود را منبع باز ساخته اند. در دراز مدت، آنها امیدوارند که الیاف به چیزی تبدیل شود که مردم به راحتی می توانند آن را بخرند، درست مانند یک توپ نخ. فورمن می گوید: «می توان دنیایی را تصور کرد که در آن پارچه های تطبیقی ​​ساخته شده از چنین الیافی بخشی از زندگی روزمره هستند.

تا به امروز، این تیم از یک ماشین بافندگی صنعتی برای ساخت چندین لباس از الیاف استفاده کرده است. اینها عبارتند از یک سوتین ورزشی که هنگام ورزش کردن، سفت می‌شود، یک پرده بی‌صدا شکل‌گیری و یک لامپ که هنگام روشن شدن شکوفا می‌شود.

فورمن می‌افزاید: «ما برای سگم پلیور هم درست کردیم تا وقتی در دفترم پارس می‌کند، دکمه‌ای را روی تلفنم فشار می‌دهم و به آرامی اطراف او فشرده می‌شود تا حس در آغوش گرفتن را به او بدهد.»

او می‌گوید گام بعدی افزایش فرآیند تولید خواهد بود. ما اکنون در حال بررسی دستگاه‌ها و پوشیدنی‌های بزرگ‌تر «در اندازه انسان» هستیم. برای ساختن یک شلوار جین به 150 متر فیبر نیاز است، بنابراین شروع خوبی است که بتوانیم با اطمینان 1 کیلومتر فیبر در یک بعد از ظهر بسازیم.

سایر اعضای تیم بودند اوزگون کیلیچ افسر, نیل گرشنفلدزاخاری گوردون، سدریک هانت, هیروشی ایشی, آکشای کوتاکوندا, روزالی (هسین-جو) لین, سارا نیسیتا و لیو یانگ در MIT، و همچنین کریستن دورسی و مگان هافمن at دانشگاه شمال شرقی.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک