Tecnologia Científica

Polímero de alta energia com memória de forma pode algum dia ajudar os robôs a flexionar seus músculos
Agora, pesquisadores relatando na ACS Central Science desenvolveram um polímero com memória de forma que armazena quase seis vezes mais energia do que as versões anteriores.
Por American Chemical Society - 08/09/2021


Um músculo artificial feito de um polímero com memória de forma esticado se contrai ao ser aquecido, dobrando o braço de um manequim. Crédito: Adaptado de ACS Central Science 2021, DOI: 10.1021 / acscentsci.1c00829

Quando esticados ou deformados, os polímeros com memória de forma retornam às suas formas originais após a aplicação de calor ou luz. Esses materiais mostram uma grande promessa para robótica leve, dispositivos biomédicos inteligentes e estruturas espaciais implantáveis, mas até agora eles não foram capazes de armazenar energia suficiente. Agora, pesquisadores relatando na ACS Central Science desenvolveram um polímero com memória de forma que armazena quase seis vezes mais energia do que as versões anteriores.

Os polímeros com memória de forma alternam entre um estado original não deformado e um estado secundário deformado. O estado deformado é criado ao esticar o polímero e é mantido no lugar por mudanças moleculares, como redes de ligação dinâmica ou cristalização induzida por deformação, que são revertidos com calor ou luz. O polímero então retorna ao seu estado original por meio da liberação de energia entrópica armazenada. Mas tem sido um desafio para os cientistas fazer com que esses polímeros executem tarefas que consomem muita energia. Zhenan Bao e seus colegas queriam desenvolver um novo tipo de polímero com memória de forma que se estendesse até um estado estável e altamente alongado, permitindo a liberação de grandes quantidades de energia ao retornar ao seu estado original.

Os pesquisadores incorporaram unidades de 4-, 4'-metileno-bisfenilureia em uma estrutura de polímero de poli (propilenoglicol). No estado original do polímero , as cadeias do polímero estavam emaranhadas e desordenadas. O alongamento fez com que as cadeias se alinhassem e formassem ligações de hidrogênio entre os grupos de ureia, criando estruturas supermoleculares que estabilizaram o estado altamente alongado. O aquecimento fez com que as ligações se rompessem e o polímero se contraísse até seu estado inicial desordenado.

Nos testes, o polímero pode ser esticado em até cinco vezes seu comprimento original e armazenar até 17,9 J / g de energia - quase seis vezes mais energia do que os polímeros com memória de forma anteriores. A equipe demonstrou que o material esticado pode usar essa energia para levantar objetos 5.000 vezes seu próprio peso sob aquecimento. Eles também fizeram um músculo artificial anexando o polímero pré-esticado à parte superior e inferior do braço de um manequim de madeira. Quando aquecido, o material se contrai, fazendo com que o manequim dobre o braço na altura do cotovelo. Além de sua densidade de energia recorde , o polímero com memória de forma também é barato (matérias- primas custa cerca de US $ 11 por libra) e é fácil de fazer, dizem os pesquisadores.

 

.
.

Leia mais a seguir