Quando allungato o deformato, i polimeri a memoria di forma ritornano alle loro forme originali dopo l'applicazione di calore o luce. Questi materiali mostrano grandi promesse per la robotica morbida, dispositivi biomedici intelligenti e strutture spaziali mobili, ma fino ad ora non sono stati in grado di immagazzinare abbastanza energia. Ora, ricercatori che riferiscono in Scienze Centrali ACS hanno sviluppato un polimero a memoria di forma che immagazzina quasi sei volte più energia rispetto alle versioni precedenti.

I polimeri a memoria di forma si alternano tra un originale, stato indeformato e un secondario, stato deformato. Lo stato deformato viene creato allungando il polimero ed è tenuto in posizione da cambiamenti molecolari, come reti di legame dinamico o cristallizzazione indotta da deformazione, che si invertono con il calore o la luce. Il polimero ritorna quindi al suo stato originale attraverso il rilascio di energia entropica immagazzinata. Ma è stato difficile per gli scienziati fare in modo che questi polimeri svolgano compiti ad alta intensità energetica. Zhenan Bao e colleghi volevano sviluppare un nuovo tipo di polimero a memoria di forma che si estendesse in uno stabile, stato molto allungato, permettendogli di rilasciare grandi quantità di energia quando ritorna al suo stato originale.

I ricercatori hanno incorporato 4-, Unità di 4'-metilen bisfenilurea in uno scheletro polimerico di poli(propilenglicole). Nello stato originale del polimero, le catene polimeriche erano aggrovigliate e disordinate. Lo stiramento ha causato l'allineamento delle catene e la formazione di legami idrogeno tra i gruppi di urea, creando strutture supermolecolari che stabilizzavano lo stato altamente allungato. Il riscaldamento ha causato la rottura dei legami e la contrazione del polimero al suo iniziale, stato disordinato.

Nei test, il polimero potrebbe essere allungato fino a cinque volte la sua lunghezza originale e immagazzinare fino a 17,9 J/g di energia, quasi sei volte più energia rispetto ai precedenti polimeri a memoria di forma. Il team ha dimostrato che il materiale allungato potrebbe utilizzare questa energia per sollevare oggetti 5, 000 volte il proprio peso al riscaldamento. Hanno anche realizzato un muscolo artificiale attaccando il polimero prestirato al braccio superiore e inferiore di un manichino di legno. Quando riscaldato, il materiale contratto, costringendo il manichino a piegare il braccio all'altezza del gomito. Oltre alla sua densità energetica record, il polimero a memoria di forma è anche poco costoso (le materie prime costano circa $ 11 per libbra) e facile da realizzare, dicono i ricercatori.