จับตาวัสดุยุคใหม่ พอลิเมอร์อัจฉริยะ Shape Memory Polymer ในการพิมพ์ 4D
รศ.ดร.จันทิรา โกมาสถิตย์ (D.Eng., Material Engineering, Gifu University, Japan)
พอลิเมอร์จำรูป หรือ Shape Memory Polymers (SMPs) เป็นวัสดุฉลาด/วัสดุอัจฉริยะ อีกชนิดหนึ่งที่กำลังมาแรง เป็นวัสดุชนิดใหม่แห่งอนาคตจากการพัฒนาโครงสร้างโมเลกุลและเคมีของสารพอลิเมอร์ พอลิเมอร์จำรูป หมายถึง วัสดุพอลิเมอร์ที่เปลี่ยนแปลงรูปได้ชั่วคราว แล้วกลับคืนรูปเดิมได้เองอัตโนมัติ โดยอาศัยสิ่งเร้าภายนอกอย่างใดอย่างหนึ่งมากระตุ้น เช่น ความร้อน ความเย็น แสงสว่าง น้ำ คลื่นรังสี สภาพกรดด่าง ฯลฯ จากลักษณะพิเศษดังกล่าวนี้เอง จึงมีการนำไปใช้ประโยชน์ในงานหลากหลายด้าน หลายอุตสาหกรรม รวมทั้งพัฒนาเป็นระบบการพิมพ์ 4 มิติ
พอลิเมอร์จำรูปทำงานอย่างไร
กลไกการทำงานของพอลิเมอร์จำรูปมี 3 ขั้นตอน [(1),(2),(3)] ยกตัวอย่างพอลิเมอร์จำรูปชนิดหนึ่งที่ไวต่ออุณหภูมิ หมายความว่าความร้อน/เย็นเป็นสิ่งเร้าภายนอกของพอลิเมอร์จำรูปชนิดนี้ มีกลไกการทำงาน ดังนี้
- พอลิเมอร์รูปหนึ่งทำให้เปลี่ยนแปลงรูปด้วยแรงดึงภายใต้ความร้อนค่าหนึ่ง (อุณหภูมิสูงกว่าค่าอุณหภูมิเปลี่ยนรูป [Tsw] ของพอลิเมอร์นี้)
- คงรูปที่เปลี่ยนของพอลิเมอร์นี้ไว้ด้วยความเย็น (อุณหภูมิต่ำกว่าค่าอุณหภูมิเปลี่ยนรูป [Tsw] ของพอลิเมอร์นี้), ทำให้พอลิเมอร์คงรูปนี้ไว้ (จำ) ถึงแม้ว่าจะปล่อยแรงดึงนั้นออกไป
- กระตุ้นพอลิเมอร์ให้กลับสู่รูปเดิมด้วยความร้อน (ที่อุณหภูมิสูงกว่าค่าอุณหภูมิเปลี่ยนรูป [Tsw] ของพอลิเมอร์นี้)
สำหรับโครงสร้างโมเลกุลของพอลิเมอร์จำรูปประกอบไปด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่เป็นโครงสร้างแบบตาข่าย (network structure) เพื่อก่อตัวเป็นรูปถาวร และส่วนที่ปรับเปลี่ยนรูปร่างได้ (switching segment) พอลิเมอร์จำรูป สามารถผลิตออกมาเป็นหลายฟอร์ม เช่น พลาสติก เส้นใย ฯลฯ เปลี่ยนรูปได้มาก กระตุ้นด้วยสิ่งเร้าได้หลายชนิด ที่สำคัญคือ วัสดุพอลิเมอร์มีน้ำหนักเบาและราคาไม่แพง จึงได้รับความสนใจที่จะพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ หรือประยุกต์ใช้งานในด้านต่าง ๆ
ตัวอย่างแนวคิดการประยุกต์พอลิเมอร์จำรูปในงานด้านต่าง ๆ
การใช้งานทางการแพทย์
