Физики заставили полимеры самостоятельно складываться на свету

Исследователи из университета Северной Каролины разработали плоские пластиковые фигурки, которые самостоятельно собираются в трёхмерные объекты при освещении лампой.

Для получения такого эффекта авторы работы воспользовались прозрачными листами полистирола с предварительным механическим напряжением (аналогичный тому, что применяется в игрушке Shrinky Dinks).

Листы эти учёные пропускали сквозь принтер, который наносил на определённые участки поверхности толстые чёрные линии. Далее из листа выкраивалась нужная модель (скажем, развёртка куба).

При освещении лампой чёрная краска поглощала гораздо больше инфракрасного света, чем окружающий материал, моментально нагреваясь. Локальный нагрев пластика приводил к небольшому размягчению полимера в этих точках. Внутренние напряжения заставляли конструкцию изгибаться вдоль чёрных линий, так и происходила сборка предмета заранее заданной формы.

Учёные составили компьютерную модель процесса, выяснив, что для желаемого результата очень важна скорость нагрева поверхности чёрных линий: окружающий их пластик при этом не должен успевать заметно разогреться.

Изменяя ширину линий, можно регулировать угол сгиба, объясняют создатели метода. Авторы разработки по желанию получали и 90 градусов поворота плоскостей, и 120.

Новая техника самосборки совместима с различными методами печати и выпуска полимерных плёнок – струйной, трафаретной, рулонной технологией… Нанося такие чёрные «петли» с разных сторон листа, можно заставить его складываться в разные стороны. Таким образом появляется возможность получать из плоских выкроек различные объёмные формы, не прикасаясь к ним руками, а всего лишь освещая весь предмет ярким светом.

О своём изобретении американцы рассказали в статье в журнале Soft Matter.

Добавим, что ранее подобные самоскладывающиеся материалы реагировали на нагрев при прохождении тока по отдельным участкам, на общий нагрев всего предмета или капиллярные силы, возникающие при смачивании поверхности.