EIN neues Ebook diskutiert Entwicklungen in der Flüssigkristall-Elastomer (LCE)-Technologie, die mit Unterstützung von erreicht wurden APRA-Projekt. Das von Professor für Polymerphysik Eugene M. Terentjev von der APRA-Projekthostuniversität Cambridge verfasste E-Book beleuchtet diese intelligenten Kunststoffe und insbesondere, wie LCEs Automatisierung in Materialien bringen.
Was genau sind LCEs?
LCEs sind ein gummiartiges Netzwerk aus Polymeren, die unter verschiedenen Stimuli eine reversible Formänderung zeigen. Das E-Book beschreibt sie als „eine neue Materialklasse mit physikalischer Intelligenz“. Weiter heißt es: „Das sind Kunststoffe, die ihre Umgebung fühlen und darauf reagieren, Entscheidungen treffen, Probleme analysieren und diagnostizieren, ohne dass menschliches Eingreifen erforderlich ist. Flüssigkristalline Elastomere sind wirklich das Material der Zukunft.“
Die im Rahmen des APRA-Projekts entwickelten multifunktionalen Polymermaterialien sind recycelbar und wiederverarbeitbar. Eine einzigartige LCE-Eigenschaft, die im E-Book beschrieben wird, ist die weiche Elastizität, „die die Dissipationseigenschaften einer Flüssigkeit mit der mechanischen Festigkeit eines Duroplasts kombiniert, um ein Maß an Vibrationsdämpfung zu erreichen, das weit über marktführenden Technologien auf Basis von Polyurethan oder Silikon liegt.“
LCEs haben auch eine starke druckempfindliche Haftung (PSA), sind bei Berührung klebrig und haften an den meisten Oberflächen. Über APRA arbeitet die University of Cambridge mit dem Technologie-Spin-off Cambridge Smart Plastics zusammen, um ein neues Konzept mit reversibel klebenden LCEs zu entwickeln, das „so einfach wie eine Hand, die greift und loslässt“ beschrieben wird [sic] go on demand.“ Sie haben einen natürlich klebrigen Gummi geschaffen, dessen Eigenschaften sich durch Erhitzen ändern und sich leicht ablösen lassen. Wenn er abkühlt, wird der Gummi wieder klebrig und verleiht diesem „wirklich wiederverwendbaren Klebstoff“ ein zweites Leben.
Eine weitere erstaunliche Eigenschaft ist die Fähigkeit von LCEs, sich beim Erhitzen und Abkühlen reversibel zusammenzuziehen und auszudehnen. „Wenn das Material beim Ausrichten auf eine bestimmte Form programmiert wird, dann nimmt diese seine natürliche Form an. Das Erhitzen des Materials führt jedoch zu einer Kontraktion von bis zu 100–200 %, die vollständig reversibel ist (das LCE dehnt sich wieder in seine natürliche Form aus, wenn Diese mechanische Betätigung ermöglicht es uns, Aktuatoren, künstliche Muskeln oder einen LCE-Motor zu entwerfen, der mit einem Temperaturunterschied zwischen zwei Behältern arbeitet.
Ein kürzlich von den Forschern erzielter Durchbruch ermöglichte es ihnen, die seit langem bestehenden Hindernisse für die Verwendung der LCE-Betätigung in praktischen Geräten zu überwinden. Dieser Durchbruch war die Entwicklung von LCE-Vitrimeren. „Vitrimere sind viel stabiler als andere transiente Elastomernetzwerke, ermöglichen aber dennoch eine thermische Umformung (wodurch das Material vollständig erneuerbar wird). Dies ermöglicht die Schaffung komplexer Formen mit komplizierter lokaler Ausrichtung (was bei herkömmlichen permanenten Elastomeren unmöglich ist)“ laut Ebook.
Diese Eigenschaften ebnen den Weg für eine ganze Reihe von LCE-Anwendungen: Schallisolierungspads, Geräte, die Straßenvibrationen dämpfen, um die Lichterkennung und die Genauigkeit der Entfernungsmessung und den Fahrgastkomfort zu verbessern, vollständig reversible Klebebänder, die „die ‚Einweg‘-Natur der heutigen Klebstoffe eliminieren ,“ Heliotracking-Solarpanels und Motoren, die Abwärme in nützliche Arbeit umwandeln. Das 5-jährige APRA-Projekt (Active Polymers for Renewable Functional Actuators) endet im September 2023.