Kunststof met duizend gezichten:Een enkel stuk Nafion-folie maakt het mogelijk om een ​​breed palet aan complexe 3D-structuren te maken. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers beschrijven hoe ze eenvoudige chemische "programmering" gebruiken om de folie zichzelf te laten vouwen met behulp van origami- en kirigami-principes. Deze vouwen kunnen herhaaldelijk worden "gewist" en de folie kan worden "geherprogrammeerd".

We hebben allemaal de kraanvogels en lotusbloemen gezien die door geoefende handen van een vel papier zijn gemaakt. Origami is de traditionele Japanse vouwkunst die papier transformeert in complexe driedimensionale structuren zonder het gebruik van lijm. Kirigami is een verwante techniek waarbij het papier strategisch wordt gesneden voordat het wordt gevouwen. Beide technieken hebben toepassing gevonden in de moderne technologie.

Adebola Oyefusi en Jian Chen van de University of Wisconsin - Milwaukee (VS) hebben nu een nieuwe variant op deze techniek gepresenteerd. Ze hebben Nafion-folie chemisch "geprogrammeerd", zodat het door warmte zichzelf in complexe driedimensionale vormen vouwt. De folie kan ook worden "gedeprogrammeerd". Nafion is een polymeer dat zijn vorm kan "herinneren", zodat een uitgerekt stuk folie bij verhitting weer in zijn oorspronkelijke vorm terugkeert.

Het geheim van deze truc is dit:Nafion kan worden geprotoneerd in een zure omgeving en gedeprotoneerd in een basische. Wanneer geprotoneerd, uitgerekte Nafion krimpt bij temperaturen boven 100 °C, wanneer gedeprotoneerd moet het worden verwarmd tot meer dan 260 ° C. Zolang de temperatuur binnen dit bereik blijft, alleen regio's van de Nafion die geprotoneerd zijn, zullen krimpen. Het gedeprotoneerde Nafion is "vergrendeld" en krimpt niet. De onderzoekers maken hier gebruik van door de informatie die nodig is voor het vouwen te programmeren in de vorm van een patroon van "ontgrendelde" gebieden in een uitgerekt stuk Nafion-folie dat is "opgesloten" met kaliumhydroxide. Het patroon wordt met zoutzuur op het vel "geschilderd". Bij verhitting boven 100 °C, het vel krimpt in het gebied van de lijnen en vouwt zich langs deze "plooien".

De wetenschappers maakten enkele eenvoudige en enkele complexe structuren, zoals een vogel en een in de technische praktijk gebruikelijk zigzagpatroon; zonnepanelen voor satellieten, bijvoorbeeld, worden opgevouwen vervoerd en kunnen in één beweging worden uitgespreid. Eenvoudige zuur-base chemie en verwarming "wisten" de structuren en de nafionvellen konden op een nieuwe manier worden gecodeerd en gevouwen.

De 3D-structuren van Nafion kunnen als mastermal worden gebruikt. Dit kan worden gebruikt om een ​​secundaire mal te gieten van kunststoffen zoals polydimethylsiloxaan, die vervolgens kunnen worden gebruikt om gegoten componenten te maken van een breed scala aan materialen, inclusief polymeren, keramiek, of metaal. De herprogrammeerbare mastervormen besparen tijd, geld, en afval omdat ze direct kunnen worden hergebruikt zonder een kostbaar recyclingproces.