Rahsia bagaimana kanak-kanak kecil boleh bermain dengan gelang getah kuning dan membuat bentuk yang berbeza adalah daya tahan mereka. Polimer memori bentuk, yang mempunyai sifat yang serupa, menunjukkan janji untuk aplikasi inovatif dalam pelbagai industri dengan menggunakan keupayaan mereka untuk kembali kepada bentuk asalnya.
Dua kanak-kanak kecil bermain dengan gelang getah kuning. Menggunakan jari kecil mereka untuk membuat bintang dan perisai, mereka bersaing untuk melihat siapa yang paling banyak membuat bentuk. Bagaimanakah mereka boleh membuat pelbagai bentuk dengan satu gelang getah? Ini kerana gelang getah suka kembali kepada bentuk asalnya. Jika anda meregangkannya menjadi bentuk bintang dan kemudian melepaskannya, ia kembali kepada bentuk asalnya, jadi anda boleh membuat bentuk sharpie semula. Dalam permainan mudah ini, kita boleh melihat dengan mudah keanjalan dan keanjalan gelang getah yang unik.
Keanjalan dan keanjalan gelang getah mempunyai banyak aplikasi berguna. Sebagai contoh, ia digunakan dalam peralatan sukan, pakaian, dan juga bahan binaan, dan berkat sifatnya, ia mempunyai banyak kegunaan dalam kehidupan seharian. Terima kasih kepada keanjalan dan daya tahannya, gelang getah berguna dalam pelbagai situasi yang memerlukan kekuatan tegangan dan fleksibiliti yang kuat. Ciri-ciri gelang getah semakin meluas penggunaannya dalam kehidupan seharian kita.
Satu bahan sedemikian yang mempamerkan sifat yang sama ini ialah polimer memori bentuk. Polimer ingatan bentuk ialah polimer yang mempunyai keupayaan untuk mengubah bentuk objek, tetapi apabila persekitaran dicipta dalam keadaan yang sama seperti persekitaran di mana objek itu dibentuk pada mulanya, objek itu kembali kepada bentuk asalnya. Teknologi ini membuka kemungkinan inovatif dalam pelbagai bidang seperti perubatan, aeroangkasa, dan robotik.
Prinsip polimer ingatan bentuk boleh dijelaskan melalui titik silang silang, iaitu titik yang menyambung rantai polimer secara kimia. Apabila kedudukan pautan silang berubah akibat ubah bentuk, ia dihafal secara dalaman dan kembali ke bentuk asalnya. Hartanah ini mempunyai potensi yang besar terutama dalam bidang perubatan. Sebagai contoh, stent menggunakan polimer ingatan bentuk boleh dimasukkan ke dalam saluran darah yang sempit dan kemudian kembali kepada bentuk asalnya apabila dipanaskan oleh badan untuk melebarkan saluran.
Mari kita mendalami prinsipnya. Polimer dengan bentuk awal berubah bentuk dan tidak bergerak buat sementara waktu dengan menambah atau mengurangkan haba. Apabila haba digunakan melebihi suhu kritikal, pemulihan daripada bentuk sementara berlaku dan bentuk asal muncul. Ini ialah kesan ingatan bentuk. Kuasa untuk memulihkan ubah bentuk datang daripada perubahan entropi, yang datang daripada keanjalan polimer. Entropi hanyalah tahap gangguan. Untuk menggunakan analogi, pelajar pada waktu persekolahan mempunyai entropi yang rendah kerana berada dalam keadaan teratur, manakala pelajar semasa rehat sangat tidak teratur dan mempunyai entropi yang tinggi. Menurut undang-undang kedua termodinamik, tindak balas berlaku dengan cara yang meningkatkan entropi seluruh alam semesta. Polimer awal berada dalam keadaan entropi tinggi kerana susunan molekulnya tidak teratur, dan mengubah bentuknya adalah tindak balas yang tidak stabil ke arah penurunan entropi kerana ia menyusun susunan molekul. Oleh itu, dalam keadaan pegun sementara ini, menggunakan haba mewujudkan keadaan untuk entropi meningkat, jadi ia akan kembali kepada bentuk asalnya. Ini adalah prinsip polimer ingatan bentuk.
Struktur polimer ingatan bentuk adalah serupa dengan gim hutan atau jaring. Struktur ini biasanya datang daripada kewujudan bersama bahagian tetap (keras) dan boleh balik (lembut). Fasa boleh balik adalah bahagian utama polimer memori bentuk dan memainkan peranan elastik dalam ubah bentuk dan pemulihan. Di atas suhu kritikal, fasa boleh balik menjadi cecair dan boleh bergerak dengan bebas. Apabila ubah bentuk digunakan pada polimer ingatan bentuk, rantai polimer sejajar dan entropi berkurangan. Keadaan tidak stabil ini boleh dikekalkan dengan menyejukkan polimer dengan cepat di bawah terikan. Penyusunan semula struktur fasa yang boleh diterbalikkan dengan terikan tarik adalah terhad pada suhu di bawah suhu kritikal, dan pemulihan rantai polimer tidak berlaku.
Polimer memori bentuk adalah fleksibel kerana ketumpatannya yang rendah dan keanjalan yang tinggi, dan bergantung pada sifat polimer, ia juga boleh mempunyai sifat seperti biokompatibiliti dan kebolehbiodegradasian. Sifat ini telah menyebabkan penggunaannya sebagai komposit dengan bahan lain dalam banyak aplikasi, termasuk mainan dan peranti perubatan. Pada masa ini, ia biasanya digunakan untuk memulihkan keadaan asal melalui suhu, tetapi keadaan lain seperti cahaya dan pH belum digunakan secara meluas, jadi mereka mempunyai masa depan yang cerah.
Polimer memori bentuk juga berpotensi untuk menyediakan penyelesaian inovatif dalam pelbagai industri. Sebagai contoh, dalam robotik, polimer memori bentuk boleh digunakan untuk mencipta otot buatan yang fleksibel dan boleh disesuaikan. Otot tiruan ini boleh membolehkan lebih banyak pergerakan semula jadi daripada bahagian robotik tradisional, memperluaskan julat aplikasi untuk robot.
