Automatyzacja materiałów

W nowym e-booku omówiono postępy w technologii LCE osiągnięte dzięki wsparciu finansowanego ze środków UE projektu APRA. E-book, którego autorem jest profesor fizyki polimerów Eugene M. Terentjev z Uniwersytetu w Cambridge, będącego gospodarzem projektu APRA, rzuca światło na te inteligentne tworzywa, a w szczególności na to, jak LCE wprowadzają automatyzację do dziedziny materiałów.LCE są gumową siecią polimerów, które wykazują odwracalną zmianę kształtu pod wpływem różnych bodźców. W e-booku opisywane są jako „nowa klasa materiałów o fizycznej inteligencji”. Dalej czytamy: „Są to tworzywa sztuczne, które czują i reagują na otoczenie, podejmując decyzje, analizując i diagnozując problemy bez udziału człowieka. Elastomery ciekłokrystaliczne są prawdziwym materiałem przyszłości”.

Wielofunkcyjne materiały polimerowe opracowane w ramach projektu APRA nadają się do recyklingu i ponownego przetworzenia. Jedną z unikalnych właściwości LCE opisanych w e-booku jest miękka elastyczność, „która łączy właściwości rozpraszania cieczy z wytrzymałością mechaniczną termoutwardzalnego tworzywa, aby uzyskać poziom tłumienia drgań znacznie przewyższający ten wykazywany przez wiodące na rynku technologie oparte na poliuretanie lub silikonie”.

LCE cechuje również silna adhezja wrażliwa na nacisk (ang. pressure-sensitive adhesion, PSA), są one lepkie w dotyku i wiążą się z większością powierzchni. Poprzez realizację projektu APRA Uniwersytet w Cambridge współpracuje z technologicznym spin-offem Cambridge Smart Plastics nad stworzeniem nowej koncepcji wykorzystującej odwracalną adhezję LCE, opisywaną „rozwiązaniem prostym jak ręka, która chwyta i puszcza na żądanie”. Wynikiem ich prac jest naturalnie lepka guma, której właściwości zmieniają się pod wpływem nagrzewania, umożliwiając łatwe odczepienie się od podłoża. Po ochłodzeniu guma staje się ponownie lepka, dając temu odnawialnemu klejowi drugie życie.

Kolejną zdumiewającą właściwością jest zdolność LCE do odwracalnego kurczenia się i rozszerzania pod wpływem wysokiej i niskiej temperatury. „Jeśli materiał jest zaprogramowany na przyjęcie danego kształtu po wyrównaniu, to stanie się on jego naturalnym kształtem. Jednak podgrzanie materiału spowoduje skurczenie go o nawet 100–200 %, które jest w pełni odwracalne (LCE rozciąga się z powrotem do swojego naturalnego kształtu po ochłodzeniu). Ta mechaniczna aktywacja pozwala nam zaprojektować siłowniki, sztuczne mięśnie, czy silnik LCE działający pod wpływem różnicy temperatur pomiędzy dwoma zbiornikami”.

Niedawny przełom dokonany przez badaczy pozwolił im pokonać długoletnie przeszkody w stosowaniu aktywacji LCE w praktycznych urządzeniach. Tym przełomem było opracowanie witrymerów LCE. „Witrymery są znacznie stabilniejsze niż inne sieci elastomerów przejściowych, ale nadal umożliwiają powtórne formowanie pod wpływem temperatury (dzięki czemu materiał jest w pełni odnawialny). Dzięki temu możliwe jest tworzenie skomplikowanych kształtów o zawiłym stanie lokalnego wyrównania (niemożliwych do osiągnięcia w tradycyjnych elastomerach trwałych)”, czytamy w e-booku.

Właściwości te otwierają drogę dla całego szeregu zastosowań LCE: wkłady izolujące dźwięk, urządzenia tłumiące drgania drogowe w celu poprawy dokładności radarów optycznych i komfortu pasażerów, w pełni odwracalne taśmy klejące, które „eliminują jednorazową naturę dzisiejszych klejów”, panele fotowoltaiczne śledzące ruch słońca i silniki przekształcające ciepło odpadowe w użyteczne działanie. Pięcioletni projekt APRA (Active Polymers for Renewable Functional Actuators) zakończy się we wrześniu 2023 roku.

Więcej informacji:

strona projektu APRA