Selvfoldende origami:Kemisk programmering gør det muligt for Nafion-ark at folde og folde igen

Plast med tusinde flader:Et enkelt stykke Nafion-folie gør det muligt at fremstille en bred palet af komplekse 3D-strukturer. I journalen Angewandte Chemie , forskere beskriver, hvordan de bruger simpel kemisk "programmering" til at få folien til at folde sig selv ved hjælp af origami og kirigami principper. Disse folder kan gentagne gange "slettes", og folien kan "omprogrammeres".

Vi har alle set tranerne og lotusblomsterne fremstillet af et ark papir af øvede hænder. Origami er den traditionelle japanske kunst at folde, der omdanner papir til komplekse tredimensionelle strukturer uden brug af klæbemiddel. Kirigami er en beslægtet teknik, hvor papiret skæres strategisk før foldning. Begge disse teknikker har fundet anvendelse i moderne teknologi.

Adebola Oyefusi og Jian Chen fra University of Wisconsin - Milwaukee (USA) har nu præsenteret en ny variation af denne teknik. De "programmerede" Nafion-folie kemisk, så varme får den til at folde sig selv til komplekse tredimensionelle former. Folien kan også "afprogrammeres". Nafion er en polymer, der kan "huske" sin form, således at et strakt stykke folie vil vende tilbage til sin oprindelige form ved opvarmning.

Hemmeligheden bag dette trick er dette:Nafion kan protoneres i et surt miljø og deprotoneres i et basisk. Når protoneret, strakt Nafion krymper ved temperaturer over 100 °C, ved deprotonering skal den opvarmes til over 260 °C. Så længe temperaturen forbliver inden for dette område, kun områder af Nafion, der er protonerede, vil krympe. Den deprotonerede Nafion er "låst" og krymper ikke. Det gør forskerne brug af ved at programmere den information, der kræves til foldning, i form af et mønster af "ulåste" områder i et strakt stykke Nafion-folie, der er blevet "låst" med kaliumhydroxid. Mønsteret "males" på arket med saltsyre. Ved opvarmning over 100 °C, arket krymper i området af linjerne og folder sig selv langs disse "folder".

Forskerne lavede nogle enkle og nogle komplekse strukturer, såsom en fugl og et zigzag-rippemønster, der er almindeligt i teknisk praksis; solpaneler til satellitter, for eksempel, transporteres på en foldet måde og kan spredes i kun én bevægelse. Simpel syre-base kemi og opvarmning "slettede" strukturerne og nafion arkene kunne kodes og foldes på en ny måde.

3D-strukturerne lavet af Nafion kan bruges som en mesterform. Dette kan bruges til at støbe en sekundær form af plast som polydimethylsiloxan, som derefter kan bruges til at fremstille støbte komponenter af en lang række materialer, inklusive polymerer, keramik, eller metal. De omprogrammerbare masterforme sparer tid, penge, og affald, fordi de direkte kan genbruges uden en omkostningsfuld genbrugsproces.