आकार स्मृति बहुलक

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आकार स्मृति बहुलक (SMPs) बहुलकी कठोर सामग्रियां हैं जो बाह्य उद्दीपन (सक्रियकृत), जैसे तापमान परिवर्तन से प्रेरित होने पर विकृत स्तिथि (अस्थायी आकार) से अपने मूल (स्थायी) आकार में लौटने की क्षमता रखते हैं।[1]
IUPAC definition

Polymer that, after heating and being subjected to a plastic deformation, resumes its original shape when heated above its glass-transition or melting temperature[2]

Note:

  • Crystalline trans-polyisoprene is an example of a shape-memory polymer.

आकार-स्मृति बहुलक के गुण

SMPs दो या कभी-कभी तीन आकृतियों को बनाए रख सकते हैं, और उनके बीच संक्रमण अक्सर तापमान परिवर्तन से प्रेरित होता है। तापमान परिवर्तन के अलावा, SMPs के आकार परिवर्तन को विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र,[3] प्रकाश[4] या समाधान द्वारा भी प्रवर्तित किया जा सकता है।[5] सामान्य रूप मे बहुलक की तरह, SMPs एसएमपी का गठन करने वाली संरचनात्मक इकाइयों के आधार पर, स्थिर से जैवनिम्नीकरण, नरम से ठोस और मुलायम से कठोर गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला को आच्छादित करता है। SMPs में तापसुघट्य और ताप दृढ़ (सहसंयोजक क्रॉसबद्ध) बहुलक सामग्री सम्मिलित हैं। SMPs को स्मृति में तीन अलग-अलग आकार तक संचय करने में सक्षम माना जाता है।[6]SMPs ने 800% से अधिक के पुनर्प्राप्ति योग्य तनाव का प्रदर्शन किया है।[7] दो महत्वपूर्ण मात्राएं जिनका उपयोग आकार-स्मृति प्रभावों का वर्णन करने के लिए किया जाता है, तनाव पुनःप्राप्ति दर (Rr) और तनाव स्थिरता दर (Rf)/ तनाव पुनर्प्राप्ति दर सामग्री के स्थायी आकार को याद रखने की क्षमता का वर्णन करती है, जबकि उपभेद स्थिरता दर यांत्रिक विरूपण को ठीक करने के लिए स्विचन खंडों की क्षमता का वर्णन करती है।

File:Wiki thermomechanical test.jpg
चक्रीय ऊष्मायांत्रित परीक्षण के परिणाम

:

जहाँ चक्र संख्या है, सामग्री पर लगाया गया अधिकतम तनाव है, और और प्रवाह प्रतिबल लागू होने से पहले तनाव मुक्त अवस्था में दो क्रमिक चक्रों में प्रतिदर्श के तनाव हैं।

आकार-स्मृति प्रभाव को संक्षेप में निम्नलिखित गणितीय प्रतिरूप में वर्णित किया जा सकता है:[8]

जहाँ शीशे का मापांक है, रबड़ का मापांक है, श्यान प्रवाह तनाव है और के लिए तनाव है |

त्रिक-आकार की स्मृति

जबकि अधिकांश पारंपरिक आकार-स्मृति बहुलक केवल एक स्थायी और अस्थायी आकार धारण कर सकते हैं, हाल के तकनीकी विकास ने त्रिक-आकार की स्मृति सामग्री की शुरूआत की अनुमति दी है। एक पारंपरिक द्विक-आकार-स्मृति बहुलक एक विशेष तापमान पर एक अस्थायी आकार से वापस एक स्थायी आकार में बदल जाएगा, त्रिक-आकार-स्मृति बहुलक पहले संक्रमण तापमान पर एक अस्थायी आकार से दूसरे में बदल जाएगा, और फिर वापस दूसरे, उच्च सक्रियण तापमान पर स्थायी आकार। यह आमतौर पर दो द्विक-आकार-स्मृति बहुलक को अलग-अलग कांच संक्रमण तापमान के साथ जोड़कर प्राप्त किया जाता है[9] या क्रमादेशित किए गए आकार-स्मृति बहुलक को पहले कांच संक्रमण तापमान के ऊपर और फिर स्विचिंग खंडों के गलन संक्रमण तापमान के ऊपर गर्म करते हैं।[10][11]


ऊष्मीय रूप से प्रेरित आकार-स्मृति प्रभाव का विवरण

सही

आकार-स्मृति प्रभाव प्रदर्शित करने वाले प्रत्यक्ष बहुलक, प्रचलित (अस्थायी) रूप और संचित (स्थायी) रूप दोनों होते हैं। एक बार बाद वाले को पारंपरिक तरीकों से निर्मित किया गया है, तो सामग्री को ऊष्मण, विरूपण और अंत में शीतलन के माध्यम से संसाधित करके दूसरे, अस्थायी रूप में बदल दिया जाता है। बहुलक इस अस्थायी आकार को तब तक बनाए रखता है जब तक कि पूर्व निर्धारित बाहरी उत्तेजना द्वारा स्थायी रूप में आकार परिवर्तन को सक्रिय नहीं किया जाता है। इन सामग्रियों के पीछे का रहस्य उनकी आणविक जालक्रम संरचना में निहित है, जिसमें कम से कम दो अलग-अलग चरण होते हैं। उच्चतम तापीय संक्रमण, Tperm दिखाने वाला चरण वह तापमान है जिसे स्थायी आकार के लिए उत्तरदायी भौतिक तिर्यकबंधन स्थापित करने के लिए पार किया जाना चाहिए। दूसरी ओर, स्विचन खंड एक निश्चित संक्रमण तापमान (Ttrans) को नरम करने की क्षमता वाले खंड हैं और अस्थायी आकार के लिए उत्तरदायी हैं। कुछ स्थिति में यह कांच संक्रमण तापमान (Tg) और अन्य पिघलने का तापमान (Tm) है।Ttrans (Tperm के नीचे रहते हुए) इन स्विचन खंड को नरम करके स्विचन को सक्रिय करता है और इस तरह सामग्री को अपने मूल (स्थायी) रूप को फिर से शुरू करने की अनुमति देता है।Ttrans के नीचे, खंडों का लचीलापन कम से कम आंशिक रूप से सीमित है। यदि Tm एसएमपी प्रोग्रामिंग के लिए चुना जाता है, तो स्विचन खंड के तनाव-प्रेरित क्रिस्टलीकरण को तब शुरू किया जा सकता है जब इसे Tm से ऊपर बढ़ाया जाता है और बाद में Tm से नीचे ठंडा किया जाता है। ये क्रिस्टलीय सहसंयोजक नेटपॉइंट बनाते हैं जो बहुलक को इसकी सामान्य कुंडलित संरचना में सुधार करने से रोकते हैं। नरम से ठोस खंड का अनुपात अक्सर 5/95 और 95/5 के बीच होता है, लेकिन आदर्श रूप से यह अनुपात 20/80 और 80/20 के बीच होता है।[12] आकार-स्मृति बहुलक प्रभावी रूप से श्यानप्रत्यास्थ हैं और कई प्रतिरूप और विश्लेषण विधियां प्रस्तुत हैं।

आकार-स्मृति प्रभाव का ऊष्मप्रवैगिकी

अक्रिस्टलीय अवस्था में, बहुलक श्रृंखला आव्यूह के भीतर पूरी तरह से यादृच्छिक वितरण मानती है। डब्ल्यू एक दृढ़ता से कुंडलित रचना की संभावना का प्रतिनिधित्व करता है, जो कि अधिकतम एन्ट्रापी के साथ रचना है, और एक अक्रिस्टलीय रैखिक बहुलक श्रृंखला के लिए सबसे अधिक संभावना वाली स्थिति है। इस संबंध को गणितीय रूप से बोल्ट्जमैन के एंट्रोपी सूत्र S= k ln W द्वारा दर्शाया गया है, जहां S एंट्रॉपी है और k बोल्ट्जमैन का स्थिरांक है।

ऊष्मीय सक्रियता द्वारा कांचीय अवस्था से रबर-प्रत्यास्थ अवस्था में संक्रमण , बंधक खंड के चारों ओर घूर्णन तेजी से निर्विघ्न हो जाते हैं। यह श्रृंखलाओं को अन्य संभावित, ऊर्जावान रूप से समतुल्य अनुरूपताओं को ग्रहण करने की अनुमति देता है, जिसमें थोड़ी मात्रा में विसंक्रमण होता है। परिणामस्वरूप, अधिकांश SMPs सुगठित, यादृच्छिक कुंडली बनाएंगे क्योंकि यह रचना एक विस्तारित रचना पर एन्ट्रोपिक रूप से इष्ट है।[1]

20,000 से अधिक संख्या औसत आणविक भार वाले इस प्रत्यास्थ अवस्था में बहुलक लागू बाहरी बल की दिशा में खिंचाव करते हैं। यदि बल थोड़े समय के लिए लगाया जाता है, तो अपने सहवासी के साथ बहुलक श्रृंखलाओं का उलझाव श्रृंखला के बड़े संचलन को रोक देगा और बल को हटाने पर प्रतिदर्श अपनी मूल रचना को पुनः प्राप्त कर लेगा। यदि बल को लंबे समय तक लागू किया जाता है, हालांकि, एक विश्राम प्रक्रिया होती है जिससे बहुलक श्रृंखलाओं के फिसलने और विसर्जित होने के कारण नमूने का एक प्लास्टिक, अपरिवर्तनीय विरूपण होता है।[1]

पॉलिमर श्रृंखलाओं के फिसलने और प्रवाह को रोकने के लिए, रासायनिक और भौतिक दोनों तरह के क्रॉस-लिंकिंग का उपयोग किया जा सकता है।

शारीरिक रूप से क्रॉसलिंक किए गए SMPs

लीनियर ब्लॉक कॉपोलिमर

इस श्रेणी में प्रतिनिधि आकार-मेमोरी पॉलिमर polyurethane हैं,[13][14] प्रीपोलीमर विधि द्वारा बनाए गए आयनिक या मेसोजेनिक घटकों के साथ पॉलीयुरेथेन। अन्य ब्लॉक कॉपोलिमर भी आकार-स्मृति प्रभाव दिखाते हैं, जैसे, पॉलीथीन टैरीपिथालेट (पीईटी) और पॉलीथीन ग्लाइकॉल (पीईओ) के ब्लॉक कॉपोलिमर, POLYSTYRENE और पॉली (1,4-ब्यूटाडाइन) युक्त ब्लॉक कॉपोलिमर, और एक एबीए ट्राइब्लॉक कॉपोलीमर से बना पॉली (2-मिथाइल-2-ऑक्साज़ोलिन) और पॉलीटेट्राहाइड्रोफ्यूरान।

अन्य थर्माप्लास्टिक पॉलिमर

एक रेखीय, अक्रिस्टलीय नॉरबॉर्नेन#पॉलीनॉरबॉर्नेन्स (नॉरसोरेक्स, सीडीएफ केमी/निप्पॉन ज़िओन द्वारा विकसित) या जैविक-अकार्बनिक हाइब्रिड पॉलीमर जिनमें पॉलीनोरबॉर्निन इकाइयां होती हैं, जिन्हें आंशिक रूप से पॉलीहेड्रल ऑलिगोसिल्सक्विओक्सेन (पीओएसएस) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, उनका आकार-स्मृति प्रभाव भी होता है।

Wiki norbornene.jpgसाहित्य में रिपोर्ट किया गया एक अन्य उदाहरण पॉलीसाइक्लोएक्टीन (पीसीओई) और एक सहबहुलक है poly(5-norbornene-exo,exo-2,3-dicarboxylic anhydride) (PNBEDCA), जिसे रिंग-ओपनिंग मेटाथिसिस पोलीमराइज़ेशन (ROMP) के माध्यम से संश्लेषित किया गया था। फिर प्राप्त कॉपोलिमर {{chem name|P(COE-co-NBEDCA)}एनबीईडीसीए इकाइयों की पॉलीहेड्रल ओलिगोमेरिक सिल्सेक्विओक्सेन (पीओएसएस) के साथ ग्राफ्टिंग प्रतिक्रिया द्वारा आसानी से संशोधित किया गया था ताकि एक कार्यात्मक कॉपोलीमर को वहन किया जा सके। P(COE-co-NBEDCA-g-POSS). यह आकार-स्मृति प्रभाव प्रदर्शित करता है।[15]


रासायनिक रूप से क्रॉसलिंक किए गए SMPs

आकार-स्मृति अनुप्रयोग के लिए शारीरिक रूप से क्रॉसलिंक किए गए पॉलिमर की मुख्य सीमा क्रीप (विरूपण) के कारण मेमोरी प्रोग्रामिंग के दौरान अपरिवर्तनीय विरूपण है। नेटवर्क बहुलक को मल्टीफ़ंक्शनल (3 या अधिक) crosslinker के साथ पोलीमराइज़ेशन या बाद में रैखिक या शाखित पॉलीमर के क्रॉसलिंकिंग द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है। वे अघुलनशील पदार्थ बनाते हैं जो कुछ सॉल्वैंट्स में फूल जाते हैं।[1]


क्रॉसलिंक्ड पोलीयूरथेन

यह सामग्री अतिरिक्त डायसोसायनेट का उपयोग करके या ग्लिसरीन, ट्राइमिथाइलोल प्रोपेन जैसे क्रॉसलिंकर का उपयोग करके बनाई जा सकती है। सहसंयोजक क्रॉसलिंकिंग का परिचय क्रीप में सुधार, रिकवरी तापमान और रिकवरी विंडो में वृद्धि।[16]


पीईओ आधारित क्रॉसलिंक्ड एसएमपी

पीईओ-पीईटी ब्लॉक copolymer को क्रॉसलिंकिंग एजेंट के रूप में Maleic एनहाइड्राइड, ग्लिसरीन या डाइमिथाइल 5-आइसोफथलेट्स का उपयोग करके क्रॉसलिंक किया जा सकता है। 1.5 wt% मेनिक एनहाइड्राइड के अतिरिक्त आकार की रिकवरी में 35% से 65% और तन्य शक्ति में 3 से 5 MPa तक की वृद्धि हुई।[17]

Hard phase Crosslinker Tr (°C) Rf(5)(%) Rf(5)(%)
PET Glycerol/dimethyl 5-sulfoisophthalate 11–30 90–95 60–70
PET Maleic anhydride 8–13 91–93 60
AA/MAA copolymer N,N'-methylene-bis-acrylamide 90 99
MAA/N-vinyl-2-pyrrolidone Ethyleneglycol dimethacrylate 90 99
PMMA/N-vinyl-2-pyrrolidone Ethyleneglycol dimethacrylate 45, 100 99


थर्माप्लास्टिक आकार-स्मृति

जबकि आकार-स्मृति प्रभाव पारंपरिक रूप से थर्मोसेटिंग प्लास्टिक तक ही सीमित हैं, कुछ थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर, विशेष रूप से PEEK, का भी उपयोग किया जा सकता है।[18]


लाइट-प्रेरित एसएमपी

दाएं का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

लाइट-एक्टिवेटेड शेप-मेमोरी पॉलीमर (LASMP) टी को बदलने के लिए फोटो-क्रॉसलिंकिंग और फोटो-क्लीविंग की प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं।g. फोटो-क्रॉसलिंकिंग प्रकाश की एक तरंग दैर्ध्य का उपयोग करके प्राप्त की जाती है, जबकि प्रकाश की दूसरी तरंग दैर्ध्य फोटो-क्रॉसलिंक्ड बॉन्ड को उलट देती है। प्राप्त प्रभाव यह है कि सामग्री को एक elastomer और एक कठोर बहुलक के बीच विपरीत रूप से स्विच किया जा सकता है। प्रकाश तापमान नहीं बदलता है, केवल सामग्री के भीतर क्रॉस-लिंकिंग घनत्व।[19] उदाहरण के लिए, यह बताया गया है कि दालचीनी समूहों वाले पॉलिमर को यूवी प्रकाश रोशनी (> 260 एनएम) द्वारा पूर्व निर्धारित आकार में तय किया जा सकता है और फिर एक अलग तरंग दैर्ध्य (<260 एनएम) के यूवी प्रकाश के संपर्क में आने पर अपने मूल आकार को पुनः प्राप्त कर सकते हैं।[19]फोटोरेस्पॉन्सिव स्विच के उदाहरणों में सिनामिक एसिड और सिनामाइलिडीन एसिटिक एसिड शामिल हैं।

इलेक्ट्रो-एक्टिव एसएमपी

पॉलिमर के आकार-स्मृति प्रभाव को सक्रिय करने के लिए बिजली का उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए वांछनीय है जहां गर्मी का उपयोग करना संभव नहीं होगा और अनुसंधान का एक अन्य सक्रिय क्षेत्र है। कुछ मौजूदा प्रयासों में कार्बन नैनोट्यूब के साथ एसएमपी सम्मिश्र संचालन का उपयोग किया जाता है,[20] लघु कार्बन फाइबर (एससीएफ),[21][22] प्रंगार काला,[23] या धात्विक नी पाउडर। पॉलिमर और प्रवाहकीय भरावों के बीच इंटरफेशियल बॉन्डिंग में सुधार के उद्देश्य से नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड के मिश्रित विलायक में रासायनिक रूप से सतह-संशोधित बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (MWNTs) द्वारा इन संवाहक एसएमपी का उत्पादन किया जाता है। इन प्रकार के एसएमपी में आकार-स्मृति प्रभाव को भराव सामग्री और MWNTs के सतह संशोधन की डिग्री पर निर्भर दिखाया गया है, सतह संशोधित संस्करणों के साथ अच्छी ऊर्जा रूपांतरण दक्षता और बेहतर यांत्रिक गुणों का प्रदर्शन किया गया है।

जांच की जा रही एक अन्य तकनीक में सतह-संशोधित सुपर-पैरामैग्नेटिक नैनोकणों का उपयोग शामिल है। जब बहुलक मैट्रिक्स में पेश किया जाता है, तो आकार के संक्रमण का दूरस्थ क्रियान्वयन संभव है। इसका एक उदाहरण का उपयोग शामिल है oligo (e-caprolactone)dimethacrylate/butyl acrylate 2 और 12% मैग्नेटाइट नैनोकणों के बीच मिश्रित। निकल और हाईब्रिड फाइबर का भी कुछ हद तक सफलता के साथ उपयोग किया गया है।[21]


शेप-मेमोरी पॉलिमर बनाम शेप-मेमोरी एलॉय

A summary of the major differences between SMPs and SMAs[24]
SMPs SMAs
Density (g/cm3) 0.9–1.2 6–8
Extent of
deformation 		up to 800% <8%
Required stress
for deformation (MPa) 		1–3 50–200
Stress generated
upon recovery (MPa) 		1–3 150–300
Transition
temperatures (°C) 		−10..100 −10..100
Recovery speed 1s –
minutes		 <1s
Processing
conditions 		<200 °C
low
pressure		 >1000 °C
high
pressure
Costs <$10/lb ~$250/lb

शेप-मेमोरी पॉलिमर आकार स्मृति मिश्र (SMAs) से भिन्न होते हैं [25] उनके कांच संक्रमण या पिघलने के संक्रमण से एक कठिन से नरम चरण तक जो आकार-स्मृति प्रभाव के लिए जिम्मेदार है। आकृति-स्मृति मिश्र धातुओं में मार्टेंसाईट /ऑस्टेनाईट austenite संक्रमण आकार-स्मृति प्रभाव के लिए जिम्मेदार होते हैं। ऐसे कई फायदे हैं जो एसएमपी को शेप मेमोरी एलॉय की तुलना में अधिक आकर्षक बनाते हैं। उनके पास लोचदार विरूपण (ज्यादातर मामलों में 200% तक) के लिए उच्च क्षमता है, बहुत कम लागत, कम घनत्व, आवेदन तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला जिसे अनुकूलित किया जा सकता है, आसान प्रसंस्करण, संभावित जैव-अनुकूलता और बायोडिग्रेडेबिलिटी,[24] और संभवतः एसएमए से बेहतर यांत्रिक गुणों का प्रदर्शन करते हैं।[26]


अनुप्रयोग

औद्योगिक अनुप्रयोग

पहले परिकल्पित औद्योगिक अनुप्रयोगों में से एक रोबोटिक्स में था जहां शेप-मेमोरी (एसएम) फोम का उपयोग ग्रिपिंग में प्रारंभिक नरम दिखावा प्रदान करने के लिए किया गया था।[27] इन एसएम फोम को बाद में ठंडा करके कठोर किया जा सकता है, जिससे एक आकार अनुकूली पकड़ बन जाती है। इस समय से, सामग्री का व्यापक उपयोग देखा गया है, उदाहरण के लिए, भवन उद्योग (फोम जो खिड़की के फ्रेम को सील करने के लिए गर्मी के साथ फैलता है), स्पोर्ट्स वियर (हेलमेट, जूडो और कराटे सूट) और कुछ मामलों में आसानी के लिए थर्मोक्रोमिज्म एडिटिव्स के साथ थर्मल प्रोफ़ाइल अवलोकन।[28] पॉलीयूरेथेन एसएमपी भी इंजनों के लिए एक ऑटोचोक तत्व के रूप में लागू होते हैं।[29]


फोटोनिक्स में आवेदन

एक क्षेत्र जिसमें एसएमपी का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ रहा है, वह फोटोनिक्स है। आकार बदलने की क्षमता के कारण, एसएमपी कार्यात्मक और उत्तरदायी फोटोनिक झंझरी के उत्पादन को सक्षम करते हैं।[30] प्रतिकृति मोल्डिंग जैसी आधुनिक नरम लिथोग्राफी तकनीकों का उपयोग करके, आकार स्मृति बहुलक ब्लॉकों की सतह पर, दृश्यमान प्रकाश के परिमाण के क्रम के आकार के साथ आवधिक नैनोस्ट्रक्चर को छापना संभव है। अपवर्तक सूचकांक आवधिकता के परिणामस्वरूप, ये प्रणालियां प्रकाश को विवर्तित करती हैं। बहुलक के आकार स्मृति प्रभाव का लाभ उठाकर, संरचना के जाली पैरामीटर को पुन: प्रोग्राम करना संभव है और परिणामस्वरूप इसके विवर्तनिक व्यवहार को ट्यून करना संभव है। फोटोनिक्स में एसएमपी का एक अन्य अनुप्रयोग आकार बदलने वाला यादृच्छिक लेज़र है।[31] टिटानिया जैसे अत्यधिक बिखरने वाले कणों के साथ एसएमपी को डोपिंग करके सम्मिश्र के प्रकाश परिवहन गुणों को ट्यून करना संभव है। इसके अतिरिक्त, सामग्री में आणविक डाई जोड़कर ऑप्टिकल लाभ पेश किया जा सकता है। स्कैटर और कार्बनिक डाई दोनों की मात्रा को कॉन्फ़िगर करके, कंपोजिट वैकल्पिक रूप से पंप होने पर एक प्रकाश प्रवर्धन व्यवस्था देखी जा सकती है। शेप मेमोरी पॉलिमर का उपयोग नैनोसेल्युलोज के साथ संयोजन के रूप में भी किया गया है, जो कि काइरोप्टिकल गुणों और थर्मो-सक्रिय आकार मेमोरी प्रभाव दोनों को प्रदर्शित करने वाले कंपोजिट बनाने के लिए किया गया है।[32]


चिकित्सा अनुप्रयोग

एसएमपी के अधिकांश चिकित्सा अनुप्रयोगों को अभी विकसित किया जाना बाकी है, लेकिन एसएमपी वाले उपकरण अब बाजार में आने लगे हैं। हाल ही में, इस तकनीक का आर्थोपेडिक सर्जरी में अनुप्रयोगों में विस्तार हुआ है।[18]इसके अतिरिक्त, एसएमपी का उपयोग अब विभिन्न नेत्र उपकरणों में किया जा रहा है, जिसमें पंक्टल प्लग, ग्लूकोमा शंट और इंट्राओकुलर लेंस शामिल हैं।

संभावित चिकित्सा अनुप्रयोग

एसएमपी संभावित अनुप्रयोगों के साथ स्मार्ट सामग्री हैं, उदाहरण के लिए, अंतःशिरा प्रवेशनी,[29] स्व-समायोजित ऑर्थोडोंटिक तार और छोटे पैमाने की सर्जिकल प्रक्रियाओं के लिए चुनिंदा लचीले उपकरण जहां वर्तमान में धातु-आधारित आकार-स्मृति मिश्र धातु जैसे नितिनोल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। चिकित्सा क्षेत्र में एसएमपी का एक अन्य अनुप्रयोग प्रत्यारोपण में इसका उपयोग हो सकता है: उदाहरण के लिए न्यूनतम इनवेसिव, छोटे चीरों या प्राकृतिक छिद्रों के माध्यम से, इसके छोटे अस्थायी आकार में एक उपकरण का आरोपण। शेप-मेमोरी तकनीकों ने कार्डियोवस्कुलर स्टेंट के लिए बहुत अच्छा वादा दिखाया है, क्योंकि वे एक नस या धमनी के साथ एक छोटा स्टेंट डालने की अनुमति देते हैं और फिर इसे खोलने के लिए विस्तारित करते हैं।[33] तापमान वृद्धि या यांत्रिक तनाव द्वारा आकार की स्मृति को सक्रिय करने के बाद, यह अपना स्थायी आकार ग्रहण कर लेगी। शेप-मेमोरी पॉलिमर के कुछ वर्गों में एक अतिरिक्त संपत्ति होती है: biodegradability । यह अस्थायी प्रत्यारोपण विकसित करने का विकल्प प्रदान करता है। बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर के मामले में, इम्प्लांट के अपने इच्छित उपयोग को पूरा करने के बाद, उदा। हीलिंग/ऊतक पुनर्जनन हुआ है, सामग्री पदार्थों में विघटित हो जाती है जिसे शरीर द्वारा समाप्त किया जा सकता है। इस प्रकार इम्प्लांट को हटाने के लिए दूसरी सर्जरी की आवश्यकता के बिना पूर्ण कार्यक्षमता बहाल हो जाएगी।[34] इस विकास के उदाहरण संवहनी स्टेंट और सर्जिकल टांके हैं। जब सर्जिकल टांके में उपयोग किया जाता है, तो एसएमपी की आकार-स्मृति संपत्ति स्व-समायोजित इष्टतम तनाव के साथ घाव को बंद करने में सक्षम बनाती है, जो अतिरक्त टांके के कारण ऊतक क्षति से बचाती है और उपचार और पुनर्जनन का समर्थन करती है।[35] एसएमपी में संपीड़न परिधान के रूप में उपयोग करने की भी संभावना है[36] और हैंड्स-फ्री डोर ओपनर्स, जिससे बाद वाले को तथाकथित 4डी प्रिंटिंग के माध्यम से उत्पादित किया जा सकता है।[37]


संभावित औद्योगिक अनुप्रयोग

आगे के संभावित अनुप्रयोगों में स्व-मरम्मत करने वाले संरचनात्मक घटक शामिल हैं, जैसे कि उदा। ऑटोमोबाइल फ़ेंडर जिसमें तापमान के अनुप्रयोग द्वारा डेंट की मरम्मत की जाती है।[38] एक अवांछित विरूपण के बाद, जैसे फेंडर में एक डेंट के बाद, ये सामग्रियां अपने मूल आकार को याद रखती हैं। इन्हें गर्म करने से इनकी याददाश्त सक्रिय हो जाती है। डेंट के उदाहरण में, फेंडर को हेयर-ड्रायर जैसे हीट सोर्स से रिपेयर किया जा सकता है। प्रभाव एक अस्थायी रूप में परिणाम देता है, जो गर्म होने पर मूल रूप में वापस बदल जाता है - वास्तव में, प्लास्टिक स्वयं की मरम्मत करता है। एसएमपी विमान के उत्पादन में भी उपयोगी हो सकते हैं जो उड़ान के दौरान बदल जाते हैं। वर्तमान में, रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजना एजेंसी DARPA उन पंखों का परीक्षण कर रही है जो 150% आकार बदलेंगे।[6] नई तकनीकी अवधारणाओं को लागू करने के लिए पॉलिमर के स्विचिंग व्यवहार पर बेहतर नियंत्रण की प्राप्ति को महत्वपूर्ण कारक के रूप में देखा जाता है। उदाहरण के लिए, शेप मेमोरी पॉलीमर में संग्रहीत सूचना के रिलीज तापमान को ट्यून करने के लिए शेप रिकवरिंग के शुरुआती तापमान की एक सटीक सेटिंग का उपयोग किया जा सकता है। यह भोजन या फार्मास्यूटिकल्स के तापमान के दुरुपयोग की निगरानी का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।[39] हाल ही में, एक नई निर्माण प्रक्रिया, मेमोसिनेशन, जॉर्जिया टेक में विकसित की गई थी ताकि क्रॉसलिंक किए गए एसएमपी उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्षम किया जा सके, जो अन्यथा पारंपरिक थर्मोसेट पोलीमराइज़ेशन तकनीकों का उपयोग करके लागत-निषेधात्मक होगा।[40] मेमनोसिनेशन को स्मृति की ग्रीक देवी, मेनमोसाइन के लिए नामित किया गया था, और विकिरण-प्रेरित सहसंयोजक क्रॉसलिंकिंग का उपयोग करने वाली अनाकार थर्माप्लास्टिक सामग्री पर स्मृति प्रदान करने के लिए नियंत्रित किया जाता है, जैसे कि वल्केनाइजेशन सल्फर क्रॉसलिंक्स का उपयोग करके घिसने पर पुनर्प्राप्त करने योग्य इलास्टोमेरिक व्यवहार प्रदान करता है। Mnemosynaation पारंपरिक प्लास्टिक प्रसंस्करण (बाहर निकालना, फूंक मार कर की जाने वाली मोल्डिंग , अंतः क्षेपण ढलाई , राल स्थानांतरण मोल्डिंग, आदि) को सक्षम करने के लिए आयनकारी विकिरण और एसएमपी के यांत्रिक गुणों को ट्यूनिंग में जोड़ता है और जटिल ज्यामिति में थर्मोसेट एसएमपी की अनुमति देता है। थर्मोसेटिंग शेप-मेमोरी गुणों के साथ बड़े पैमाने पर उत्पादित प्लास्टिक उत्पादों को सक्षम करने के लिए पारंपरिक एसएमपी के अनुकूलन योग्य यांत्रिक गुणों को उच्च थ्रूपुट प्लास्टिक प्रसंस्करण तकनीकों के साथ प्राप्त किया जा सकता है: कम अवशिष्ट तनाव, ट्यून करने योग्य पुनर्प्राप्त करने योग्य बल और समायोज्य ग्लास संक्रमण तापमान।

ब्रांड सुरक्षा और जालसाजी विरोधी

सूचना भंडारण और रिलीज के सुरक्षित तरीके के लिए शेप मेमोरी पॉलिमर प्रौद्योगिकी मंच के रूप में काम कर सकते हैं।[41] स्पष्ट विरोधी जालसाजी लेबल का निर्माण किया गया है जो विशिष्ट रसायनों के संपर्क में आने पर एक दृश्य प्रतीक या कोड प्रदर्शित करता है।[42] बहुकार्यात्मक लेबल जालसाजी को और अधिक कठिन बना सकते हैं।[43][44] एक्सट्रूडर मशीन द्वारा आकार मेमोरी पॉलिमर को पहले से ही आकार की मेमोरी फिल्म में बनाया गया है, आंतरिक रूप से गुप्त और ओवरट 3डी उभरा हुआ पैटर्न के साथ, और 3डी पैटर्न को उभरा या गायब होने के लिए जारी किया जाएगा जैसे ही इसे गर्म किया जाता है; शेप मेमोरी फिल्म का उपयोग एंटी-जालसाजी, ब्रांड सुरक्षा, टैम्पर-एविडेंट सील्स, एंटी-पिलफेरेज सील्स आदि के लिए लेबल सबस्ट्रेट्स या फेस स्टॉक के रूप में किया जा सकता है।

बहुक्रियाशील सम्मिश्र

मेट्रिसेस के रूप में आकार मेमोरी पॉलिमर का उपयोग करके, बहुक्रियाशील समग्र सामग्री का उत्पादन किया जा सकता है। इस तरह के कंपोजिट में तापमान पर निर्भर आकार मॉर्फिंग (यानी शेप मेमोरी) विशेषताएँ हो सकती हैं।[45][46] यह घटना इन सम्मिश्रणों को संभावित रूप से तैनाती योग्य संरचनाओं को बनाने के लिए उपयोग करने की अनुमति देती है[47] जैसे बूम,[48] टिका,[49] पंख[50][51] आदि। एसएमपी का उपयोग करते समय एक तरफा आकार की मॉर्फिंग संरचनाओं का उत्पादन करने में मदद मिल सकती है, यह बताया गया है कि आकार-मेमोरी मिश्र धातु के संयोजन में एसएमपी का उपयोग करने से अधिक जटिल आकार मेमोरी कंपोजिट के निर्माण की अनुमति मिलती है जो दो तरफा आकार मेमोरी विरूपण में सक्षम है।[52]


यह भी देखें

संदर्भ

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