Extras din curs

Materiale inteligente

Definitie: material care isi modifica una sau mai multe proprietati intr-un domeniu foarte larg, la variatii mici a unor factori de mediu:

- Smart materials – materiale destepte,

- Inteligent materials – materiale inteligente,

- Active materials – materiale active,

- Adaptive materials – materiale adaptive,

- Smart devices, smart systems, smart structure.

Intrarea sau stimulul poate fi de exemplu o schimbare de temperatura, de pH (pentru sistemele aflate in mediu apos) sau un camp magnetic. Materialul raspunde printr-un semnal de ieşire, care poate fi de exemplu o schimbare de lungime a materialului, modificare de vâscozitate sau de conductivitate electrică.

Materiale polimere inteligente

Solubilitatea multor materiale creste cu temperatura. Cu toate acestea exista polimeri care in solutii apoase prezinta in mod distinct o comportare opusa. La o crestere a temperaturii peste un anumit punct, numit temperatura critica a solutiei(LCST) sau temperatura tranzitiei de faza, se contracta. La valori mai mici decat LCST polimerul este solubil in faza apoasa; peste LCST polimerul devine insolubil si are loc separarea de faza.

Separari de faza in solutii de polimeri

Forta motrice pentru aceasta tranzitie este guvernata de balanta hidrofil-hidrofoba.

Exemple de polimeri care sufera astfel de tranzitii de faza sunt:

-poli(N-izopropil acrilamida)(PNIPAM) sau alte acrilamide substituite;

-poli(vinilmetileterul);

-poli(etilenoxid);

-hidroxipropilceluloza;

-poli(vinil alcool);

-poli(etilhidroxietilceluloza);

-poli(2-etiloxazolina).

Hidrogeluri

Hidrogelul este o entitate materială cu o structură tridimensională formată din polimeri hidrofili şi o importantă cantitate de apă, cu proprietăţi intermediare lichidelor şi solidelor. În general, cantitatea de apă reprezintă mai mult de 20% din greutatea totală a hidrogelului. În cazul în care conţinutul de apă depăşeşte 95 % din greutatea totală, hidrogelul se numeşte superabsorbant.

Individualizarea hidrogelurilor de alte biomateriale se face pe baza următoarelor aspecte:

- au volum şi formă proprie;

- sunt, în general, medii transparente (incolore sau colorate);

- sub acţiunea căldurii (uscare) are loc o pierdere accentuată de masă însoţită de o puternică contracţie a volumului;

- la solicitările mecanice reduse au un comportament elastic pronunţat;

- la eforturi de comprimare de volum are loc contracţia volumului şi creşterea densităţii.

Pentru a menţine structurile tridimensionale ale hidrogelului literatura de specialitate indică reticularea fizică sau chimică a lanţurilor polimerice. În gelurile chimice, lanţurile polimerice sunt conectate prin legături covalente şi astfel este dificilă schimbarea formei acestor geluri.

În cazul gelurilor fizice, lanţurile polimerice formează legături necovalente cum ar fi: legături Van der Waals, legături ionice, legături de hidrogen sau interacţiuni hidrofobe.

Continuitatea reţelei tridimensionale împarte hidrogelurile în:

- continue – care la îndepărtarea apei prin evaporare se contractă şi conservă continuitatea suprafeţei de material;

- discontinue – care prin uscare se contractă, cu separarea suprafeţelor ce înfăşoară reţelele continue ce aparţin volumelor elementare.

Topologia reţelei tridimensionale continue este foarte diversificată şi depinde de mai mulţi factori: structura polimerului, structura punţilor intermoleculare, numărul şi dispunerea legăturilor intermoleculare faţă de planul catenelor macromoleculare.

Din punct de vedere al compoziţiei chimice materialele sub formă de hidrogeluri sunt constituite din următoarele substanţe:

- material polimeric 2 % – 80 %;

- apă 20 % - 98 %;

- auxiliari 0,1 % - 5 %.