در بسیاری از موجودات زنده قابلیتی وجود دارد که می‌توانند خود را با محرک‌های خارجی تطبیق دهند. اگر این خاصیت را در پلیمرها به وجود آوریم، محصولات جدید با نام پلیمر هوشمند به دست می‌آیند. این نوع پلیمرها در برابر عوامل خارجی مانند PH مختلف، میدان‌های الکتریکی، میدان مغناطیسی و دماهای گوناگون عکس‌العمل‌های متفاوتی از خود بروز می‌دهند. با توجه به اینکه این فناوری در آینده‌ای نه چندان دور ممکن است به صنایع مختلفی ورود پیدا کند، در این مقاله از پیکنیک برند قصد داریم تا شما را با آن آشنا کنیم.
انواع پلیمر هوشمند
متخصصین با دست‌کاری قابلیت‌های مختلف، انواع پلیمرهای هوشمند را تولید کردند. در ادامه قصد داریم به بررسی پنج نوع شناخته شده و پرکاربرد از پلیمر هوشمند بپردازیم:
پليمر فعال الکتريکي (EAP)
پليمرهای فعال الکتريکي یا همان EAP به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند در برابر تحریکات الکتریکی خارجی مقاومت کنند. آنها با تغییر در اندازه و هندسه خود در مقابل این محرک‌ها مقاومت می نمایند. با توجه به این که اولین بار در سال ۱۹۹۰ این پلیمرها شناخته شده‌اند، می‌توان گفت که امروزه کاربرد بسیار زیادی در صنایع، پزشکی و علوم مهندسی دارند. این نوع پلیمر به دو دسته دیگر تقسیم می‌شود:
- پليمر فعال الکتريکي – الکترونيکي: این دسته از پلیمرها در برابر اعمال ولتاژ به صورت DC مقاوم هستند و در ساخت ربات‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از این پلیمرها از حسگری که رسانایی و هدایت الکتریکی بالایی دارد، استفاده می‌کنند و گروهی دیگر نیز از تحریک خارجی بر علیه خودش استفاده می‌نمایند.
از این دسته از پلیمرهای هوشمند برای ساخت انواع چسب‌های رسانا، مواد الکترواستاتیک برای تولید لباس‌های ضد الکتریسیته، حفاظ‌های مغناطیسی و الکتریکی، تخته‌های مناسب برای مدار چاپی الکترونیکی، تولید رشته‌های عصب مصنوعی، پیزوسرامیک‌ها و هواپیما استفاده می‌شود.
- پليمر فعال الکتريکي – يوني: این پلیمرها کاربرد وسیعی در تولید انواع غشاهای مبادله‌گر یون، سنسورهای شیمیایی و حرارتی، محرک‌های الکترواستاتیکی، محرک‌های سیستم‌های مخصوص رهایش دارو و باطری‌های قابل شارژ دارند.
البته از این دسته از پلیمر هوشمند برای تولید نانولوله‌هاي کربن، پليمرهاي رسانا و شناساگرهاي گازهاي سمي (حسگرهاي يوني) در صنايع نظامي و پالايشگاه‌ها نیز استفاده می‌شود.
سيالات رئولوژيکي مغناطيسي (MRF)
این پليمر هوشمند می‌تواند ویسکوزیته خود را با تغيير ميدان مغناطيسي، تغيير دهد و عملکرد آن مشابه دسته‌بندی بعدی یعنی سيالات رئولوژيکي الکتريکي است.
سيالات رئولوژيکي الکتريکي (ERF)
اين نوع پلیمر نیز ویسکوزیته خود را در میدان‌های الکتریکی مختلف تغییر می‌دهد. این تغییر باعث عوض شدن ابعاد پلیمر می‌شود. یکی از کاربردهای این فناوری در تولید کمک فنر خودرو است که ارتفاع آن را تنظیم می‌کند. از دیگر کاربردهای این پلیمر می‌توان به پل‌سازي، راه‌سازي و صنعت ساختمان اشاره کرد. امروزه پل‌های معلق را با استفاده از این نوع پلیمر هوشمند می‌سازند.
این سيالات به سه دسته منفي، مثبت و مواد نوري الکتريکي تقسیم می‌شوند. بدین صورت که اگر با اعمال ميدان الکتريکي به پلیمر ويسکوزيته افزايش پیدا کند از نوع ERF مثبت استفاده کرده و اگر با افزايش ميدان الکتريکي، ويسکوزيته پلیمر کاهش يابد، ERF منفي برای آن مناسب است. همچنین اگر تغییر ویسکوزیته به واسطه تاباندن اشعه ماورا بنفش رخ دهد، ERF از نوع نوري الکتريکي به کار گرفته می‌شود.
ژل پليمري هوشمند
اگر در زنجيره پليمرها تغییری ایجاد کنیم ژل‌ها به دست می‌آیند. برای این کار باید برخی از مونومرهاي زنجيره را با مواد شيميايي جایگزین کرد. ژل‌ها چندین تفاوت اصلی با پلیمرها دارند که کاربرد آنها را وسیع‌تر کرده است. آنها به راحتی با حلال‌های ترموديناميکي و شيميايي سازگارتر هستند و به خوبی رطوبت را به خود جذب می‌کنند.
این ژل‌ها را می‌توان بر اساس خواص مکانيکي، طبيعت گروه‌هاي تشکیل‌دهنده، شکل شبکه و ويژگي‌هاي ساختاري به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. ژل پلیمری در برابر محرک‌هاي گوناگون فيزيکي و شيميايي مانند نور، دما، ميدان الکتريکي، میدان مغناطيسي، فشار و PH عکس‌العملی خاص نشان مي‌دهد. از این ماده در صنايع زيستي، دفاعي و داروسازي استفاده می‌شود.
پلیمر هوشمند با حافظه شكلی
این پلیمر هوشمند ساختاری شبیه به آلیاژهای حافظه‌دار دارد. بدین صورت که بر اثر تغییرات دما، ابعاد خود را تغییر می‌دهد. این تغییر ابعاد با تغییر در مورفولوژی زنجیره‌ها ایجاد می‌شود. از این مواد هوشمند در ساخت جیگ و فیكسچرهای مخصوص ماشین‌كاری استفاده می‌شود.
سهم پلیمر هوشمند در بازار آینده
با وجود اینکه استفاده از پلیمرهای هوشمند هنوز به صورت تجاری در نیامده هست، می‌توان گفت که در بازار فعلی نقش برجسته‌ای ندارد. اما پیش‌بینی می‌شود که بین ۵ تا ۱۵ سال آینده این پلیمر در بازار به خوبی مورد استفاده قرار گیرد.
با وجود خصوصیاتی که برای این محصول برشمردیم می‌توان انتظار داشت که در صنایع مختلف مانند کامپیوتر، پزشکی، تولید تلویزیون، خودروسازی، پول‌های الکترونیک، کنترل‌کننده‌های بهداشتی، بسته بندی مواد غذایی، هوافضا، بیوتکنولوژی، الکترونیک، صنایع نظامی و فناوری نانو مورد استفاده قرار گیرد. بخش بزرگی از بازارهای فوق در آینده به پلیمر هوشمند اختصاص داده می‌شود.
از حدود سال ۱۹۹2 تا ۲۰۱۰ کاربردهایی از پلیمرهای هوشمند را در پوشش‌های مخصوص سیم و کابل، سپرهای مربوط به تجهیزات الکترونیک در فضاپیماها، باتری های قابل شارژ با ظرفیت بسیار بالا و حافظه الکترونیک مشاهده شد. این پلیمر با ورود به دنیای نانو توانست این تکنولوژی را متحول کند.
پیش‌بینی می‌شود از این پلیمر در ساخت ظروف یکبار مصرف استفاده شود. بدین ترتیب از محتویات آن در برابر محرک‌های مختلف محافظت می‌شود. همچنین با جذب رطوبت می‌توانند به تازه ماندن مواد غذایی، میوه‌ها و سبزیجات کمک کنند. این پلیمر در آینده این بازار نقش بسیار پر رنگی دارد.
سخن آخر
با معرفی پلیمر هوشمند و قابلیت‌های آن می‌توان به کاربردهای گسترده آن پی برد. با وجود اینکه این پلیمر بیشتر در صنایع راه‌سازی و پزشکی به کار گرفته شده است اما پیش‌بینی می‌شود آینده صنعت بسته بندی را نیز متحول کند.
توجه داشته باشید که با استفاده از این پلیمر می‌توان ظروف رستورانی و ظروف یکبار مصرف هوشمندی را تولید کرد که در برابر عوامل آسیب‌زای محیطی مقاوم هستند. این ظروف می‌توانند سلامت مواد غذایی را تحت هر شرایطی حفظ کنند. حتی اگر محتویات آنها در معرض میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی قرار گیرد، آسیبی به آن وارد نمی‌شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد انواع ظروف یکبار مصرف و کاربرد آنها می توانید صفحه رسمی پیکنیک برند در اینستاگرام را دنبال کنید.
