Фотополимерные материалы с интеллектом и памятью формы, обладающие уникальными физико-химическими свойствами, разработали ученые Института регенеративной медицины Сеченовского Университета и Байкальского института природопользования СО РАН.

Прочность новых материалов очень высокая — 115 МПа, они устойчивы к высоким температурам, нагрузкам и радиации. По расчетам исследователей, разработанные смарт-полимеры можно использовать при создании развертываемых космических конструкций — космических антенн, систем типа «солнечный парус», деталей радиотелескопов и солнечных панелей. Подобные аппараты смогут работать на околоземной орбите по 10 лет непрерывно без потери свойств. 

«Умные» полимеры могут менять свои свойства под действием внешних факторов. Им можно придавать различную форму, а потом, после воздействия на них какого-либо внешнего стимула, например, температуры, полимерные материалы возвращаются к своей первоначальной геометрии.

Новый синтезированный полимер умеет запоминать форму: при достижении температуры 295 °С он становится мягким и ему можно придать любой «облик», а после охлаждения он возвращается в твердое состояние с сохранением этих изменений. Но если его снова нагреть, то первоначальная форма самопроизвольно восстанавливается. 

Полимеры еще и термостабильные: термогравиметрический анализ (метод, при котором измеряется изменение массы образца с течением времени в зависимости от температуры) показал, что в диапазоне 462–541 °С потерялись только 5 % от образца — они превратились в кокс. Остальной материал сохранил свои свойства. 

Получение нового «умного» полимера открывает возможности для 4D-печати, которая задает не только форму предмета, но и его способность менять свои свойства.

«Разработанный полимер станет одним из компонентов чернил для 3D-принтера, что позволит печатать трехмерные структуры с памятью формы. Известно, что если 3D-объект состоит из подобного интеллектуального материала, то для него добавляется еще четвертое измерение, подразумевающее преобразования с течением времени. То есть, регулируя какой-либо параметр окружающей среды (температуру, свет, кислотность (pH) или влажность), мы можем менять форму 3D-объекта, а это уже область программируемых и самосборных материалов», — рассказала научный сотрудник отдела современных биоматериалов Института регенеративной медицины Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского Университета Ксения Бардакова.  

По мнению ученых, полимер будет востребован в микроэлектронике, авиастроении и робототехнике. Во время эксперимента созданный из такого интеллектуального материала трехмерный захват-манипулятор смог поднять массу в 5–7 раз больше своего веса. 

Исследование опубликовано в научном журнале «Полимер» (Polymer). 

Источник