امروزه با پیشرفت دانش و دستیابی روزافزون محققان به فناوری های نوین، شاهد معرفی انواع و اقسام ابداعات فناورانه هستیم که وقتی با پیشوند هوشمند همراه می شوند، توجه بیشتری را به خود جلب می کنند. البته آنچه ارائه این قبیل سامانه های هوشمند را هر روز جالب تر از پیش می سازد، حضور آنها بر موج بلند و پرسرعت پیشرفت های لازم برای توسعه نیازمندی های کنونی ما و بالاخص مرزهای کشف نشده این فناوری پرقابلیت در مقام پیش نیازی برای پاسخگویی نیازهای فردای بشر است.
در این میان دانش مواد و حوزه پلیمرها به عنوان رکن اصلی شکل گیری مواد ترکیبی و مصنوعات نیز از ورود فناوری های هوشمند به عرصه خود بی نصیب نمانده و بویژه شاهد تحولاتی در حوزه هوشمند سازی و خودگردانی مواد پلیمری برای دست یافتن به خواص و کارکردهای متفاوت هستیم.از رهگذر همین تلاش ها، دانشمندان از نوع جدیدی پلاستیک پرده برداری کرده‌اند که با سایر انواع دیگر آن تفاوتی اساسی دارد و می تواند هنگام قرار گرفتن در معرض نور معمولی به ترمیم و بهبود خودش بپردازد. صحبت از دانش مواد و بویژه شاخه پلیمرهاست که از این پس و با ابداع فناوری پلیمرهای هوشمند به صحنه مهمی برای نمایش دستاوردهای آینده فناوری های ساخت و ترکیب مواد تبدیل خواهد شد و بی شک با ورود مواد هوشمند و برخوردار از قابلیت های دلخواه به ساختار مواد ترکیبی همچون پلاستیک‌ها می‌توان چشم انتظار بروز تحولات چشمگیری در تهیه، تولید و بازیافت کالاهای پلاستیکی بود.
البته مروری بر پلیمرها و دنیای پلیمری می تواند آمادگی مناسبی برای پرداختن به ماجرای پلیمرهای هوشمند و ساز و کار آن فراهم کند. یک پلیمر(بسپار) در واقع یک مولکول بزرگ یا ماکرومولکول است که از ترکیب و تکرار واحدهای ساختمانی مشابه به هم ایجاد می‌شود و این اجزای متشابه الترکیب از طریق جوش خوردن پیوندهای شیمیایی در زمانی که اتم‌ها الکترون ها را به شراکت می گذارند به هم متصل می شوند. بسیاری از پلیمرها جزو پلاستیک ها هستند، اما سایر مواد طبیعی و مصنوعی نیز در همین رده بندی جای می گیرند.
شناخته شده ترین پلیمرهای مصنوعی شامل لاستیک مصنوعی، نئوپرن، نایلون، پی.وی.سی، پلی استیرن، پلی اتیلن و سیلیکون می شوند. نگاهی به این نام های آشنا (که دنیای مواد ترکیبی و مصنوعی پیرامون ما را تشکیل می دهند و تأمین نیازهای زندگی بدون آنها کمتر امکان پذیر نشان می دهد) ما را بیش از پیش با واقعیت قلمرو مواد ترکیبی و تحولات آن نزدیک می‌سازد.
این ماده جادویی می تواند کاری کند که بسیاری از محصولات پلیمر بنیان دنیای اطراف ما هم طول عمرشان به درازا بکشد و هم دیرپایی و دوامشان بهبود و افزایش پیدا کند. محصولات پلیمری فراوان و متنوعی از اقلام معمول خانگی نظیر کیسه ها و ظروف نگهداری مواد غذایی گرفته تا تویی لاستیک ها و تجهیزات پزشکی گران قیمت و حتی بیشتر اسباب بازی های کودکان، تنها نمونه ای از کالاهای پلاستیکی شکل گرفته با این پلیمرهای هوشمند می توانند باشند.
امروزه پلاستیک‌های لاستیک مانند سفت و بادوام در میان هزاران قلم کالاهای مصرفی پیدا می شوند، اما حتی این پلاستیک‌های قرص و محکم هم نقاط ضعفی دارند، چراکه وقتی این مواد استفاده می شوند نسبت به صدمات و آسیب‌دیدگی ناشی از خراشیدگی‌ها، برش‌ها و سوراخ‌ها بسیار آسیب‌پذیر نشان می دهند. با نیم‌نگاهی به پیرامون خود و محیط زیست می بینیم که در خانه، اداره، فروشگاه، صنایع و کارخانجات همه ما به نحوی از یک چرخه «آسیب و دورریز» مطابق سلیقه و نگرش و فرهنگ خودمان درخصوص کالاهای مصرفی پلاستیکی پیروی می‌کنیم. مکان‌های دفن زباله و پسماندهای شهری، انباشته از اشیای پلاستیکی دورانداخته شده ای هستند که علت رها شدن شان شکستن، بریدگی، ترک خوردن یا سوراخ شدن است و در مواقعی سبب بروز مخاطرات ایمنی می شوند.
در این میان و با توجه به حجم انبوه و روزافزون اشیا و کالاهای پلاستیکی که به علت فرسودگی و آسیب از رده خارج می شوند، نیاز به ارائه موادی با قابلیت ترمیم و اصلاح خود به خودی بیش از هر گزینه دیگری به کانون توجه و تلاش های محققان برای ساخت مواد هوشمند و خودفرمان بدل شده است. پیرو همین تلاش‌ها دیده می‌شود که اکثر رویکردهای اتخاذ شده از سوی دانشمندان برای مواد پلیمر بنیان قابل علاج و بهبودپذیر، نیازمند گرمایش نواحی آسیب دیده و به کار بردن وصله است. البته باید اعتراف کرد که مهم ترین و چالش برانگیز‌ترین بخش ماجرا همین قضیه گرمایش و نحوه دریافت و اعمال آن از سوی پلیمرهاست. نکته جالبی که در مورد رویکرد تازه دانشمندان برای ابداع پلیمرهای هوشمند درمان پذیر وجود دارد، تدبیر متفاوتی است که برای بخش گرمایش پلیمرهای هوشمند به کار بسته اند. دانشمندان دانشگاه کیس وسترن خط مشی دیگری را در دستور کار خود قرار می‌دهد و آن ارائه یک ماده لاستیک مانند خود درمانگر حاوی فلز است که قادر به جذب نور ماورای بنفش و تبدیل آن به حرارت متمرکز و موضعی است.
دانشمندان از نوع جدیدی پلاستیک پرده برداری کرده‌اند که می تواند هنگام قرار گرفتن در معرض نور معمولی به ترمیم و بهبود خودش بپردازد.
دانشمندان آنچه توسعه داده اند را یک ماده پلاستیکی جدید متشکل از زنجیره های بسیار کوچک معرفی می کنند که این زنجیره ها به هم می چسبند و با همگذاری و جفت شدن، زنجیره های بسیار بزرگ تری را تشکیل می دهند. ولی آنچه مخصوص این مولکول طراحی و در نظر گرفته شده است، قابلیت سوا شدن و به هم ریختن هنگام قرارگرفتن در معرض نور است. براساس همین توانایی زمانی که مولکول اقدام به جداسازی و اوراق کردن زنجیره‌ها ، مواد جدا شده به سوی پرتگاه یا شکاف جریان می‌یابد و به این ترتیب سامانه بهبود می‌پذیرد. گزارش این پژوهش که در نشریه Nature منتشر شده به نکات جالب توجهی اشاره دارد که کار دانشمندان و رویکرد انتخابی شان برای منبع گرمایش و قابلیت خودترمیمی مولکولی را شاخص می سازد. به عنوان نمونه استفاده از نور به این شیوه از مزیت هایی افزون بر گرمایش مستقیم برخوردار است و می تواند برای هدف گیری نقطه ای یا تعیین دقیق هدف در ناحیه صدمه دیده و همچنین برای ترمیم و اصلاح اشیا و اهدافی که هنوز زیر بار تنش و کششی هستند به کار آید.
موضوع جالبی که دانشمندان در مورد این دسته از مواد هوشمند خاطر نشان می کنند، بهره گیری از پتانسیل بالقوه خود درمانی و بهبودپذیری آنها برای گسترش کاربردهای بیشتر آن است. درواقع مواد هوشمندی با قابلیت ترمیم و بهبود صدمات ناشی از فرآیند طبیعی استهلاک و فرسودگی می توانند سودمندی خود را در حوزه هایی همچون حمل و نقل، ساخت و ساز، بسته بندی و بسیاری کاربردهای دیگر به اثبات برسانند. در همین رابطه برخی محققان معتقدند پلیمرهای بهبودپذیر می تواند به عنوان چاره و راه‌حلی برای چرخه آسیب و دورریز کالاهای مصرفی مطرح شود که مردم برخی کشورها با شدت بیشتری با آن مأنوس هستند. ضمن این که پلیمرهای بهبودپذیر می تواند به منزله گام اولیه ای در روند توسعه کلاسی از مواد پلیمری مطرح شود که در مقایسه با مواد پلیمری قابل دسترس فعلی از طول عمر بسیار بالایی برخوردارند. در این بین اما موانعی نیز وجود دارند که باید پشت سر گذاشته شوند تا این تحقیق مفهومی بتواند به مرحله تولید در مقیاس صنعتی خودش ترجمه شود.
اخذ:بخش دانش و زندگی تبیان
کلمات کلیدی:
