معرفی و تقسیم‌بندی پلیمرهای هوشمند

[azarafrooz 14,221]

مواد هوشمند در آینده­ایی نچندان دور بازار خوبی را به خود اختصاص خواهند داد و با توجه به خواص خوبی كه از خود نشان می­دهند، كاربردهای زیادی در آینده پیدا خواهند كرد.

هوشمندی در مواد، خاصیتی است كه مختص به گروه خاصی نبوده و در اغلب گروه­های مواد دیده می­شود. پلیمرها نیز از این قضیه مستنثنا نیستند و در برابر محرك­های مختلف مثل دما، میدان­های الكتریكی و میدانهای مغناطیسی، عكس‌العمل­های متفاوتی از خود نشان می‌دهند. این پلیمرها به گروه‌های مختلفی تقسیم ‌می‌شوند و دارای خواص و كاربردهای متفاوتی می‌باشند. در ذیل به معرفی، تقسیم‌بندی، كاربردها و بازار این مواد به طور مختصر اشاره شده است:

EAP)- 1) پلیمرهای فعال الكتریكی

 

مكانیزم هوشمندی در این مواد، عكس‌العمل‌ در برابر تحریكات الكتریكی خارجی است. این عكس‌العمل، تغییر در ابعاد و هندسه ماده را شامل می شود.

 

این پلیمرها كه در سال 1990 شناخته شده­اند، كاربردهای زیادی در پزشكی، صنعت و مهندسی عمران دارند. این پلیمرها به دو دسته عمده تقسیم می‌شوند:

 

الف)پلیمرهای فعال الكتریكی الكترونیكی كه به منظور حفظ تغییر مكان ایجاد شده در اثر اعمال ولتاژ DC مورد استفاده قرار می‌گیرند و كاربردهای زیادی در رباتها دارند. این دسته خود از جنبه كاربردی به دو گروه تقسیم می‌شود كه عبارتند از: گروهی كه در حسگری خود از رسانایی و هدایت الكتریكی بهره می‌برند و گروهی كه از فعالیت الكتریكی خود در اثر تحریك خارجی به عنوان محرك استفاده می‌كنند.

 

كاربردهای این پلیمرها در صنایع مختلفی است كه می‌توان از جمله آنها مواد الكترواستاتیك در لباسهای ضد الكتریسیته، چسب‌های رسانا، حفاظ‌های الكتریكی و مغناطیسی، تخته‌های مدار چاپی الكترونیكی، رشته‌های اعصاب مصنوعی، سازه‌های هواپیما و پیزوسرامیك­ها را نام برد .

 

ب)پلیمرهایفعالالكتریكییونی هستند كه در غشاهای مبادله­گر یونی، محرك‌های الكترومكانیكی، سنسورهای حرارتی- شیمیایی، الكترولیت­های جامد، باطری‌های قابل شارژ و سیستم‌های رهایش دارو در پزشكی كاربرد دارند.

 

پلیمرهای فعال الكتریكی به عنوان دی­الكتریك نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان نمونه پلیمرهای كه دارای سفتی (Stiffness) و ثابت دی­الكتریك بالا می‌باشند، در محرك­های(Actuator با كرنش بالا( مورد استفاده قرار می‌گیرند كه به طور نمونه در پیزوالكتریك­ها كاربرد دارند.

 

قابل ذكر است كه الاستومرهای بلور مایع، الاستومرهای الكتروویسكوالاستیك، پلیمرهای فروالكتریك، نانولوله‌های كربن و پلیمرهای رسانا كه بعنوان شناساگرهای گازهای سمی (حسگرهای یونی) در پالایشگاهها و صنایع نظامی كاربرد دارند، نیز در این گروه قرار می‌گیرند .

MRF)-2) سیالات مغناطیسی و رئولوژیكی

 

 

در این نوع از پلیمرهای هوشمند، با تغییر میدان مغناطیسی، ویسكوزیتة آنها تغییر می‌كند و عملكرد آنها مشابه سیالات الكتریكی رئولوژیكی می‌باشد.

ERF])-3) سیالات الكتریكی رئولوژیكی

 

 

این سیالات اساس پلیمری دارند و در برابر میدان الكتریكی از خود تغییر ویسكوزیته نشان می‌دهند كه می­توان با این تغییر ابعاد را تحت تاثیر قرار داد. به طور مثال این مواد در كمك فنرهای خودرو در خودروهای جدید كاربرد دارند و با تغییر جریان می‌توان ارتفاع خودرو را تنظیم نمود.

 

این نوع پلیمرها در راه‌سازی، پل‌سازی و صنعت ساختمان نیز استفاده می‌شود و امروزه در تكیه‌گاه خیلی از پل‌ها خصوصاً پل‌های معلق از این مواد استفاه می‌شود.

 

سیالات ERF دارای سه نوع مثبت، منفی و مواد نوری الكتریكی هستند. اگر با اعمال میدان الكتریكی، ویسكوزیته افزایش یابد ERF مثبت است، اگر با افزایش میدان الكتریكی ویسكوزیته كاهش یابد ERF منفی است و اگر با تاباندن اشعه ماوراء بنفش ویسكوزیته تغییر كند ERF از نوع نوری و الكتریكی می‌باشد.

4- ژل‌های پلیمری هوشمند

 

 

با تغییر در زنجیره پلیمرها می‌توان ژل­ها را ساخت كه این كار با تعویض بعضی از مونومرهای زنجیره با مواد شیمیایی صورت می‌گیرد. تفاوت اصلی ژل­ها با پلیمرها سازگاری شیمیایی و ترمودینامیكی آنها با حلال‌ها می‌باشد و نیز خاصیت رطوبت‌گیری كه در آنها وجود دارد.

 

ژل­ها براساس ویژگی‌هایی نظیر طبیعت گروه‌های تشكیل­دهنده، خواص مكانیكی، ویژگی‌های ساختاری و شكل شبكه تقسیم‌بندی می‌شوند و در برا بر محرك‌های مختلف فیزیكی و شیمیایی نظیر دما، میدان الكتریكی و مغناطیسی، نور، فشار و PH، از خود عكس‌العمل‌ نشان می‌دهند و در صنایع دفاعی، زیستی، داروسازی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

5- پلیمرهای با حافظه شكلی

 

 

مشابه آلیاژهای حافظه‌دار هستند به این ترتیب كه در اثر تغییرات دمایی از خود تغییرات ابعادی نشان می‌دهند كه علت آن تغییر در مورفولوژی زنجیره‌ها است. این پلیمرها در مواردی مثل جیگ و فیكسچرهای ماشینكاری كاربرد دارند.

بررسی بازار

پلیمرهای هوشمند هنوز خیلی تجاری نشده‌اند، بنابراین بازار خیلی بزرگی را به خود اختصاص نمی‌دهند. البته 5 تا 15 سال آینده این بازار رشد بسیار خوبی خواهد داشت زیرا كاربردهای آینده این مواد كه در حوزه‌های مختلفی چون پزشكی، كامپیوتر، خودرو، تلویزیون، پول الكترونیكی، كنترل­كننده‌های بهداشتی، هوافضا، بیوتكنولوژی، صنایع نظامی، الكترونیك و فناوری نانو خواهد بود، نویددهنده بازار بزرگی برای این مواد است.

 

در بین سال­های 2010-1992 بر اساس پیش­بینی­های انجام شده، در برخی از كاربردهای اصلی این مواد مثل غلافها و پوششهای سیم و كابل، باطری‌های ذخیره انرژی با ظرفیت بالا و سپرهای تجهیزات الكترونیك كه در فضاپیماها و محافظ‌های الكترونیك كاربرد دارند، روند مصرف رو به افزایش است و بازار خوبی را به خود اختصاص خواهند داد. مثال­های زیر به صحت این ادعاها اشاره دارد:

 

از سال 2000-1992 مصرف این مواد رو به افزایش بوده بطوری كه مصرف پلیمرهای هادی استفاده در باطری‌ها در سال 2000 معادل 500 هزار پوند بالغ بر 50 میلیون دلار بوده است .

 

بازار سپرهای الكترونیك در سال 1988، 116 میلیون دلار و در سال 1993، 165 میلیون دلار بوده است و امروزه پوشش­های هادی و صفحات پلیمری 75 درصد بازار مواد مشابه را به خود اختصاص داده­اند.

 

هزینه پوشش­های پلاستیكی نسبت به سایر مواد پایین‌تر است و 1.25 تا 2.5 دلار به ازای هر فوت مربع ذكر شده است.

 

البته عمده بازار مواد هوشمند پلیمری در كشورهای پیشرفته است و باید این بازار را به كشورهای در حال توسعه گسترش داد و این نیاز را برای این كشورها به وجود آورد. پیش‌بینی انجام­شده در مورد بازار این مواد تا سال 2010 بالغ بر 457 میلیون دلار خواهد بود.

منبع:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام