Plast med tusen ytor:En enda bit Nafion-folie gör det möjligt att producera en bred palett av komplexa 3D-strukturer. I journalen Angewandte Chemie , forskare beskriver hur de använder enkel kemisk "programmering" för att få folien att vika sig själv med hjälp av origami och kirigami principer. Dessa veck kan "raderas" upprepade gånger och folien kan "omprogrammeras".

Vi har alla sett tranorna och lotusblommorna framställda av ett pappersark av övade händer. Origami är den traditionella japanska konsten att vika som förvandlar papper till komplexa tredimensionella strukturer utan att använda lim. Kirigami är en besläktad teknik där papperet skärs strategiskt innan det vikas. Båda dessa tekniker har funnit tillämpning i modern teknik.

Adebola Oyefusi och Jian Chen från University of Wisconsin - Milwaukee (USA) har nu presenterat en ny variant av denna teknik. De "programmerade" kemiskt Nafion-folie så att värmen får den att vika sig till komplexa tredimensionella former. Folien kan även "avprogrammeras". Nafion är en polymer som kan "komma ihåg" sin form, så att ett sträckt stycke folie återgår till sin ursprungliga form vid upphettning.

Hemligheten med detta trick är detta:Nafion kan protoneras i en sur miljö och deprotoneras i en basisk. När det protoneras, sträckt Nafion krymper vid temperaturer över 100 °C, när den deprotoneras måste den värmas till över 260 °C. Så länge som temperaturen håller sig inom detta intervall, endast regioner av Nafion som är protonerade kommer att krympa. Den deprotonerade Nafion är "låst" och krymper inte. Forskarna använder sig av detta genom att programmera informationen som krävs för vikning i form av ett mönster av "olåsta" områden i en sträckt bit Nafion-folie som har "låsts" med kaliumhydroxid. Mönstret "målas" på arket med saltsyra. Vid uppvärmning över 100 °C, arket krymper i området för linjerna och viker sig längs dessa "veck".

Forskarna gjorde några enkla och några komplexa strukturer, såsom en fågel och ett sicksackmönster som är vanligt i teknisk praxis; solpaneler för satelliter, till exempel, transporteras ihopvikt och kan spridas i bara en rörelse. Enkel syra-baskemi och uppvärmning "raderade" strukturerna och nafionsarken kunde kodas och vikas på ett nytt sätt.

3D-strukturerna gjorda av Nafion kan användas som en masterform. Detta kan användas för att gjuta en sekundär form av plast som polydimetylsiloxan, som sedan kan användas för att tillverka gjutna komponenter från en mängd olika material, inklusive polymerer, keramik, eller metall. De omprogrammerbara masterformarna sparar tid, pengar, och avfall eftersom de direkt kan återanvändas utan en kostsam återvinningsprocess.