รูปแบบของพลังงาน

เมื่อยืดหรือเปลี่ยนรูปร่าง โพลิเมอร์หน่วยความจำรูปร่างจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมหลังจากใช้ความร้อนหรือแสง วัสดุเหล่านี้แสดงให้เห็นสัญญาที่ยอดเยี่ยมสำหรับหุ่นยนต์แบบอ่อน อุปกรณ์ชีวการแพทย์อัจฉริยะ และโครงสร้างพื้นที่ที่ปรับใช้ได้ แต่จนถึงขณะนี้ วัสดุเหล่านี้ยังไม่สามารถเก็บพลังงานได้เพียงพอ ขณะนี้ นักวิจัยที่รายงานในACS Central Scienceได้พัฒนาพอลิเมอร์หน่วยความจำรูปร่างที่เก็บพลังงานได้มากกว่ารุ่นก่อนหน้าเกือบหกเท่า โพลิเมอร์หน่วยความจำรูปร่างจะสลับระหว่างสถานะดั้งเดิมที่ไม่เปลี่ยนรูปและสถานะทุติยภูมิที่ผิดรูป สถานะที่ผิดรูปถูกสร้างขึ้นโดยการยืดพอลิเมอร์และถูกยึดให้อยู่กับที่โดยการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุล เช่น โครงข่ายพันธะไดนามิกหรือการตกผลึกที่เกิดจากความเครียด ซึ่งถูกย้อนกลับด้วยความร้อนหรือแสง พอลิเมอร์จะกลับสู่สภาพเดิมผ่านการปลดปล่อยพลังงานเอนโทรปิกที่เก็บไว้ แต่การทำให้โพลิเมอร์เหล่านี้ทำงานที่ต้องใช้พลังงานมากเป็นเรื่องท้าทายสำหรับนักวิทยาศาสตร์ Zhenan Bao และเพื่อนร่วมงานต้องการพัฒนาพอลิเมอร์หน่วยความจำรูปทรงชนิดใหม่ที่ยืดออกในสถานะที่เสถียรและยืดออกได้สูง ทำให้ปล่อย พลังงาน จำนวนมากเมื่อกลับสู่สภาพเดิม นักวิจัยได้รวมหน่วย 4-,4'-methylene bisphenylurea เข้ากับแกนหลักโพลีเมอร์ (โพรพิลีนไกลคอล) ในสถานะเดิมของโพลิเมอร์ โซ่ของโพลิเมอร์จะพันกันยุ่งเหยิง การยืดทำให้โซ่เรียงตัวกันและสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างกลุ่มยูเรีย ทำให้เกิดโครงสร้างระดับซุปเปอร์โมเลกุลที่ทำให้สถานะยืดตัวสูงมีความเสถียร ความร้อนทำให้พันธะแตกและโพลิเมอร์หดตัวสู่สถานะเริ่มต้นที่ไม่เป็นระเบียบ ในการทดสอบ โพลิเมอร์สามารถยืดออกได้ถึงห้าเท่าของความยาวเดิมและเก็บพลังงานได้มากถึง 17.9 J/g ซึ่งพลังงานมากกว่าโพลิเมอร์จำรูปร่างรุ่นก่อนหน้าเกือบหกเท่า ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุยืดสามารถใช้พลังงานนี้เพื่อยกวัตถุ 5,000 เท่าของน้ำหนักของมันเองเมื่อให้ความร้อน พวกเขายังสร้างกล้ามเนื้อเทียมด้วยการติดโพลิเมอร์ที่ยืดไว้ล่วงหน้าไว้ที่แขนท่อนบนและท่อนล่างของหุ่นไม้ เมื่อได้รับความร้อน วัสดุจะหดตัว ทำให้หุ่นต้องงอแขนที่ข้อศอก นอกจากความหนาแน่นของพลังงานที่สูงเป็นประวัติการณ์แล้ว โพลิเมอร์หน่วยความจำรูปร่างยังมีราคาไม่แพงอีกด้วย (วัตถุดิบมีราคาประมาณ 11 ดอลลาร์ต่อปอนด์) และผลิตได้ง่าย ผู้เขียนรับทราบการระดมทุนจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ และกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ