کوی دانش - kooy

ساخت ماده هیدروژلی جدیدی که بر اثر تغییر دما منبسط و منقبض می شود و مثل یک ماهیچه کار می کند

ساخت ماده هیدروژلی جدیدی که بر اثر تغییر دما منبسط و منقبض می شود و مثل یک ماهیچه کار می کند
21 مرداد
18:15 1394
طی پژوهشی که نتایج آن در نشریه Nature Materials منتشر شد، یک تیم پژوهشی به سرپرستی دانشمندانی از «مرکز علوم مواد نوظهور» وابسته به مؤسسه تحقیقاتی «ریکِن» ژاپن، موفق به طراحی و ساخت یک ماده هیدروژلی جدید شدند که مانند یک ماهیچه مصنوعی کار می کند. این ماده در واکنش به تغییرات دما، به سرعت منقبض و منبسط می شود. همچنین این محققان موفق شدند از این ماده پلیمری یک شیء L شکل بسازند که با بالا و پایین رفتن دما به طور مکرر، به آرامی جابجا شده و حرکت می کند.

هیدروژل ماده ای است که می تواند مقدار زیادی آب را درون شبکه های ساختار داخلی خود نگه دارد. به همین دلیل، این مواد می توانند نسبت به تغییراتی مثل تغییر ولتاژ، حرارت و میزان قدرت اسیدی محیط اطرافشان واکنش نشان داده و متورم شده یا جمع و چروک شوند. از این نظر می توان گفت این مواد کاملاً شبیه به سلولهای گیاهی رفتار می کنند. سلول های گیاهی بر اثر تغییر میزان آبی که درون آنها وجود دارد تغییر شکل می دهند و با این روش به شرایط مختلف محیطی پاسخ می دهند.

نکته قابل توجه این است که واکنش اکثر هیدروژل ها بسیار به کندی انجام می شود و برای اینکه به لحاظ حجمی، منبسط یا منقبض شوند، باید آب جذب یا دفع کنند. خاصیت منحصر بفرد این هیدروژل که توسط گروه تحقیقاتی مؤسسه ریکِن ساخته شده این است که مانند یک ماهیچه منصوعی عمل می کند، به طوری که میزان انقباض آن در همه جهت ها یکسان نیست، بلکه انقباض آن در یک جهت خاص، با انبساط در یک جهت دیگر همراه است، و این یعنی که این مواد می توانند بدون اینکه آبی جذب یا دفع کنند، مکرراً تغییر شکل دهند. راز خاصیت منحصر بفرد این هیدروژل جدید در بارهای الکترواستاتیکی نهفته است.

این تیم پژوهشی با به کارگیری روشی که پیش از این و در سال جاری توسط آنها منتشر شد، نانو ورق های اکسید فلز را با استفاده از یک میدان مغناطیسی، در یک صفحه واحد درون ماده ای خاص چیدند و سپس آنها را با استفاده از روشی به نام «پلیمریزاسیون وینیلی درجا با تحریک نوری» در محل خود ثابت کردند. در این روش پلیمریزاسیون، ضرورتاً از نور برای لخته کردن ماده اولیه و تبدیل آن به هیدروژل استفاده می شود. بدین ترتیب، نانوورق های یادشده در نهایت درون پلیمر به دام افتاده و در یک صفحه واحد قرار گرفتند. به علت نیروهای الکترواستاتیکی، این ورق ها موجب ایجاد مقاومت الکترواستاتیکی تنها در یک جهت و نه در جهت های دیگر می شوند. «یاسوهیرو ایشیدا» که مؤلف مقاله علمی منتشر شده در رابطه با این پژوهش است گفت: «از ابتدا این ماده را با هدف انبساط در یک جهت طراحی کردیم، ولی طی تحقیقات متوجه شدیم که در دمایی که «دمای انحلال بحرانی پایینی» نامیده می شود و طبق محاسبه ما برابر 32 درجه سلسیوس بود، این پلیمر به سرعت تغییر شکل می داد و طول آن بیشتر می شد. جالب این بود که حجم ژل هیچ تغییری نمی کرد. این ماده چه در هوا و چه در محیط مایع، تغییر شکل خود را انجام می داد، که نشان دهنده عدم نیاز آن به جذب آب بود. پس به عبارت دیگر این ماده حتی در محیط عادی هوا هم کار می کند.»

موضوعِ جالب دیگر برای اعضای این تیم، این بود که متوجه شدند این ماده علاوه بر اینکه از خاصیت انقباض و انبساط در محیط معمولی هوا برخوردار است، این عمل را بسیار سریع و در یک ثانیه انجام می دهد و سرعت تغییر شکل آن برابر با 70% در ثانیه است که از سرعت تغییر شکل هیدروژل های دیگر بیشتر است.

این گروه به منظور به نمایش گذاشتن نحوه استفاده کاربردی این پلیمر، یک قطعه L شکل از جنس پلیمر یاد شده ساختند که راه می رود! در محیط آبی، این قطعه به تغییرات دما واکنش نشان می دهد و پایه هایش شروع به کوتاه و بلند شدن می کنند که باعث حرکت آن می شود. اکنون این گروه در نظر دارد با انجام مطالعات بیشتر، موادی بسازد که بتوان از آنها در کاربردهای عملی استفاده کرد. ایشیدا گفت: «ما برای بهبود خواص این ماده مطالعات بیشتری برنامه ریزی کردیم. یکی از ایده هایی که در سر داریم این است که از این هیدروژل ها یک ماهیچه مصنوعی بسازیم که بتواند با بالا و پایین رفتن دمای آب در سیستمهای رادیاتوری، شیر مدار آنها را خودش باز و بسته کند. از چنین ماهیچه ای می توان مثلاً برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد دستگاهها استفاده کرد.»

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

قاسم کیاحیرتی

قاسم کیاحیرتی

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
معرفی بهترین جایگزین‌های Windows Media Center

معرفی بهترین جایگزین‌های Windows Media Center

برنامه Windows Media Center از بین رفته ولی نرم افزارهای دیگری وجود دارند که می‌توانند جای آن را بگیرند.

مطالعه متن کامل
تیوبی شگفت انگیز برای بالا رفتن از درختان جنگل

تیوبی شگفت انگیز برای بالا رفتن از درختان جنگل

ارائه تیوب مرانو (Tube Merano) در فستیوال بهاره ساوث تایرول ایتالیا، انسان را به یاد دوران قدیم می اندازد که برای بالا رفتن از درختان از طناب و گره استفاده می شد. نیومن (Numen) خالق این مسیر ظریف متشکل از تیوب های بافته شده به هم است که مستقیم به بالای درختان متصل شده تا ساکنان محلی بتواننداز زاویه ای جدید و مفرح به اکتشاف جنگل بپردازند.

مطالعه متن کامل
قایق برقی چهار پر Quadrofoil با سرعت فوق العاده

قایق برقی چهار پر Quadrofoil با سرعت فوق العاده

این قایق زیبا از جدیدترین سری فیلم جنگ ستارگان بیرون نیامده! بلکه نامش Quadrofoil و یک قایق برقی است که با فاصله، روی سطح آب حرکت می کند.

مطالعه متن کامل
چاپ سه بعدی با استفاده از شیشه مذاب واقعا مسحورکننده است

چاپ سه بعدی با استفاده از شیشه مذاب واقعا مسحورکننده است

الیاف شیشه ای جهت چاپ 3 بعدی چند سالی است که در بازار موجود است، اما اگر بخواهیم حقیقت را بگوییم آنچه با عنوان الیاف شیشه ای عرضه می شود صددرصد شیشه نیست. شیشه معمولی دوستدار چاپ نیست، بنابراین آنچه به نام شیشه فروخته می شود در اصل نایلون محتوی شیشه یا نوعی کامپوزیت است که چکش خورِ بهتری داشته و کار با آن نیز راحت است. پرینتر عرضه شده از سوی گروه «مدییتد متر ام آی تی» واقعا متفاوت از سایر انواع خودش است. پرینتر G3DP به شکل پرینتر دوستانه و کامپوزیت شیشه مانند هم پرینت نمی کند، بلکه مستقیم از روی شیشه مذاب آنهم با درجع حرارت 2900 درجه فارنهایت اقدام به چاپ می کند. شیشه مورد استفاده پرینتر هم نباید با شیشه معمولی اشتباه گرفته شود. پرینتر مزبور به شکلی طراحی شده که لایه هایی از شیشه شفاف نوری را تولید کند که امکان تنظیم آن برای تغییر نحوه انعکاس نور یا انکسار آن وجود داشته باشد.

مطالعه متن کامل
4 باور اشتباه در مورد عنکبوت بیوه سیاه

4 باور اشتباه در مورد عنکبوت بیوه سیاه

در این تصویر عنکبوت بیوه سیاه "خجالتی" را مشاهده می کنید که روی دستان یک تننده شناس به آرامی راه می رود هفته جاری کام خانمی که برای صرف میان وعده هوس خوردن انگور کرده بود تلخ شد، این خانم 21 ساله اهل ورمونت وقتی دستش را داخل کیسه انگور کرد به وسیله یک عنکبوت بیوه سیاه گزیده شد. هرچند که فرد یادشده از این گزش جان سالم به در برد، اما برخی افراد با شنیدن این خبر از خیر مصرف انگور می گذرند. اما بنا به اعتقاد متخصصان پیش از آنکه شما نیز به جرگه افراد تحریم کننده مصرف انگور بپیوندید لازم است چند نکته را در مورد عنکبوت بیوه سیاه (که سوءباورهای زیادی هم در موردش وجود دارد) بدانید.

مطالعه متن کامل