Лента TH Новости Глобальные вызовы



Ученые создали химические, самосборные оригами

∴ 148

Пластик с тысячей лиц: одна часть фольги Нафиона позволяет создавать широкую палитру сложных трехмерных структур. В журнале Angewandte Chemie исследователи описывают, как они используют простое химическое «программирование», чтобы стимулировать фольгу к самосборке, используя принципы оригами и киригами. Эти складки могут многократно «стираться», и фольга может быть «перепрограммирована».

530

Мы все видели цветы лотоса, изготовленные из бумаги, собранные вручную. Оригами – традиционное японское искусство складывания, которое превращает бумагу в сложные трехмерные структуры без использования клея. Киригами – похожая техника, в которой бумага надрезается перед складыванием. Оба эти метода нашли применение в современных технологиях.

Абебола Ойфуси и Цзянь Чен из Университета Висконсина-Милуоки (США) представили новую сферу для применения этого метода. Они химически «запрограммировали» фольгу Нафиона, так что тепло заставляет ее складываться в сложные трехмерные формы. Фольга также может быть «депрограммирована». Нафион – это полимер, который может «запомнить» форму, так что растянутый кусок фольги при нагревании вернется в исходную форму.

Секрет этого трюка заключается в следующем: Нафион может быть насыщен протонами в кислой среде и избавлен от них в обычной среде. При протонировании растянутый Нафион сжимается при температуре выше 100° С, при депротонировании его необходимо нагревать до 260 ° С. Пока температура остается в этом диапазоне, будут уменьшаться только те области Нафиона, которые протонированы.

Депротонированный Нафион «заперт» и не сжимается. Исследователи используют это, программируя информацию, необходимую для складывания в виде рисунка «разблокированных» областей в растянутом куске фольги Нафиона, которая была «заперта» гидроксидом калия. Картина «переносится» на лист, при использовании соляной кислоты. При нагревании выше 100° С лист сжимается в области линий и складывается вдоль этих «складок».

Ученые сделали несколько простых и сложных структур, таких как птица и зигзагообразный рисунок. Солнечные панели для спутников, например, транспортируются сложенным способом и могут раскрываться в одно движение. Простая химия на основе кислоты и нагревание «стерли» структуры, и листы нафиона могли быть перекодированы и разложены по-новому.

3D-структуры, изготовленные из Нафиона, могут использоваться в качестве основной формы. Это можно использовать для литья вторичной формы из пластмасс, таких как полидиметилсилоксаны, которые затем могут быть использованы для изготовления компонентов из самых разных материалов, включая полимеры, керамику или металл. Перепрограммируемые формы экономят время, деньги и отходы, так как они могут быть повторно использованы без дорогостоящего процесса переработки.

Филипп Дончев