معرفی پلیمرهای هوشمند

[سیندخت 18,785]

هوشمندي در مواد، خاصيتي است كه مختص به گروه خاصي نبوده و در اغلب گروه هاي مواد ديده مي شود. پليمرها نيز از اين قضيه مستنثنا نيستند و در برابر محرك هاي مختلف مثل دما، ميدان هاي الكتريكي و ميدانهاي مغناطيسي، عكس‌العمل هاي متفاوتي از خود نشان مي‌دهند. اين پليمرها به گروه‌هاي مختلفي تقسيم ‌مي‌شوند و داراي خواص و كاربردهاي متفاوتي مي‌باشند. در ذيل به معرفي، تقسيم‌بندي، كاربردها و بازار اين مواد به طور مختصر اشاره شده است:

 

[h=1]1) پليمرهاي فعال الكتريكي (EAP)[/h]مكانيزم هوشمندي در اين مواد، عكس‌العمل‌ در برابر تحريكات الكتريكي خارجي است. اين عكس‌العمل، تغيير در ابعاد و هندسه ماده را شامل مي شود.

 

اين پليمرها كه در سال 1990 شناخته شده اند، كاربردهاي زيادي در پزشكي، صنعت و مهندسي عمران دارند. اين پليمرها به دو دسته عمده تقسيم مي‌شوند:

 

الف)پليمرهاي فعال الكتريكي الكترونيكي كه به منظور حفظ تغيير مكان ايجاد شده در اثر اعمال ولتاژ DC مورد استفاده قرار مي‌گيرند و كاربردهاي زيادي در رباتها دارند. اين دسته خود از جنبه كاربردي به دو گروه تقسيم مي‌شود كه عبارتند از: گروهي كه در حسگري خود از رسانايي و هدايت الكتريكي بهره مي‌برند و گروهي كه از فعاليت الكتريكي خود در اثر تحريك خارجي به عنوان محرك استفاده مي‌كنند.

 

كاربردهاي اين پليمرها در صنايع مختلفي است كه مي‌توان از جمله آنها مواد الكترواستاتيك در لباسهاي ضد الكتريسيته، چسب‌هاي رسانا، حفاظ‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، تخته‌هاي مدار چاپي الكترونيكي، رشته‌هاي اعصاب مصنوعي، سازه‌هاي هواپيما و پيزوسراميك ها را نام برد.

 

ب)پليمرهايفعالالكتريكييوني هستند كه در غشاهاي مبادله گر يوني، محرك‌هاي الكترومكانيكي، سنسورهاي حرارتي- شيميايي، الكتروليت هاي جامد، باطري‌هاي قابل شارژ و سيستم‌هاي رهايش دارو در پزشكي كاربرد دارند.

 

پليمرهاي فعال الكتريكي به عنوان دي الكتريك نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. به عنوان نمونه پليمرهاي كه داراي سفتي (Stiffness) و ثابت دي الكتريك بالا مي‌باشند، در محرك هاي(Actuator) با كرنش بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه به طور نمونه در پيزوالكتريك ها كاربرد دارند.

 

قابل ذكر است كه الاستومرهاي بلور مايع، الاستومرهاي الكتروويسكوالاستيك، پليمرهاي فروالكتريك، نانولوله‌هاي كربن و پليمرهاي رسانا كه بعنوان شناساگرهاي گازهاي سمي (حسگرهاي يوني) در پالايشگاهها و صنايع نظامي كاربرد دارند، نيز در اين گروه قرار مي‌گيرند.

 

[h=1]2) سيالات مغناطيسي و رئولوژيكي (MRF)[/h]در اين نوع از پليمرهاي هوشمند، با تغيير ميدان مغناطيسي، ويسكوزيتة آنها تغيير مي‌كند و عملكرد آنها مشابه سيالات الكتريكي رئولوژيكي مي‌باشد.

 

[h=1]3) سيالات الكتريكي رئولوژيكي (ERF)[/h]اين سيالات اساس پليمري دارند و در برابر ميدان الكتريكي از خود تغيير ويسكوزيته نشان مي‌دهند كه مي توان با اين تغيير ابعاد را تحت تاثير قرار داد. به طور مثال اين مواد در كمك فنرهاي خودرو در خودروهاي جديد كاربرد دارند و با تغيير جريان مي‌توان ارتفاع خودرو را تنظيم نمود.

 

اين نوع پليمرها در راه‌سازي، پل‌سازي و صنعت ساختمان نيز استفاده مي‌شود و امروزه در تكيه‌گاه خيلي از پل‌ها خصوصاً پل‌هاي معلق از اين مواد استفاه مي‌شود.

 

سيالات ERF داراي سه نوع مثبت، منفي و مواد نوري الكتريكي هستند. اگر با اعمال ميدان الكتريكي، ويسكوزيته افزايش يابد ERF مثبت است، اگر با افزايش ميدان الكتريكي ويسكوزيته كاهش يابد ERF منفي است و اگر با تاباندن اشعه ماوراء بنفش ويسكوزيته تغيير كند ERF از نوع نوري و الكتريكي مي‌باشد.

 

[h=1]4) ژل‌هاي پليمري هوشمند

با تغيير در زنجيره پليمرها مي‌توان ژل ها را ساخت كه اين كار با تعويض بعضي از مونومرهاي زنجيره با مواد شيميايي صورت مي‌گيرد. تفاوت اصلي ژل ها با پليمرها سازگاري شيميايي و ترموديناميكي آنها با حلال‌ها مي‌باشد و نيز خاصيت رطوبت‌گيري كه در آنها وجود دارد.[/h]

ژل ها براساس ويژگي‌هايي نظير طبيعت گروه‌هاي تشكيل دهنده، خواص مكانيكي، ويژگي‌هاي ساختاري و شكل شبكه تقسيم‌بندي مي‌شوند و در برا بر محرك‌هاي مختلف فيزيكي و شيميايي نظير دما، ميدان الكتريكي و مغناطيسي، نور، فشار و PH، از خود عكس‌العمل‌ نشان مي‌دهند و در صنايع دفاعي، زيستي، داروسازي و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

 

[h=1]5) پليمرهاي با حافظه شكلي[/h]

 

مشابه آلياژهاي حافظه‌دار هستند به اين ترتيب كه در اثر تغييرات دمايي از خود تغييرات ابعادي نشان مي‌دهند كه علت آن تغيير در مورفولوژي زنجيره‌ها است. اين پليمرها در مواردي مثل جيگ و فيكسچرهاي ماشينكاري كاربرد دارند.