નાના બાળકો પીળા રબર બેન્ડ સાથે કેવી રીતે રમી શકે છે અને વિવિધ આકાર બનાવી શકે છે તેનું રહસ્ય તેમની સ્થિતિસ્થાપકતા છે. શેપ મેમરી પોલિમર, જે સમાન ગુણધર્મો ધરાવે છે, તેમના પ્રારંભિક આકારમાં પાછા આવવાની તેમની ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ ઉદ્યોગોમાં નવીન એપ્લિકેશનો માટે વચન દર્શાવે છે.
બે નાના બાળકો પીળા રબર બેન્ડ સાથે રમી રહ્યા છે. તારાઓ અને ઢાલ બનાવવા માટે તેમની નાની આંગળીઓનો ઉપયોગ કરીને, તેઓ કોણ સૌથી વધુ આકારો બનાવી શકે છે તે જોવા માટે સ્પર્ધા કરે છે. તેઓ એક રબર બેન્ડ વડે આટલા જુદા જુદા આકાર કેવી રીતે બનાવી શકે? તે એટલા માટે છે કારણ કે રબર બેન્ડ તેમના મૂળ આકારમાં પાછા ફરવાનું પસંદ કરે છે. જો તમે તેને તારાના આકારમાં ખેંચો છો અને પછી તેને છોડો છો, તો તે તેના મૂળ આકારમાં પાછું આવે છે, જેથી તમે ફરીથી શાર્પી આકાર બનાવી શકો. આ સરળ રમતમાં, અમે રબર બેન્ડની અનન્ય સ્થિતિસ્થાપકતા અને સ્થિતિસ્થાપકતાને સરળતાથી અવલોકન કરી શકીએ છીએ.
રબર બેન્ડની સ્થિતિસ્થાપકતા અને સ્થિતિસ્થાપકતામાં ઘણી ઉપયોગી એપ્લિકેશનો છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ રમતગમતના સાધનો, કપડાં અને મકાન સામગ્રીમાં પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે, અને તેમની મિલકતો માટે આભાર, તેઓ રોજિંદા જીવનમાં ઘણા ઉપયોગ કરે છે. તેમની સ્થિતિસ્થાપકતા અને સ્થિતિસ્થાપકતા માટે આભાર, રબર બેન્ડ વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં ઉપયોગી છે જેમાં મજબૂત તાણ શક્તિ અને લવચીકતાની જરૂર હોય છે. રબર બેન્ડના ગુણધર્મો આપણા રોજિંદા જીવનમાં તેનો ઉપયોગ વધારી રહ્યા છે.
આવી જ એક સામગ્રી જે આ સમાન ગુણધર્મો દર્શાવે છે તે આકાર મેમરી પોલિમર છે. શેપ મેમરી પોલિમર એ પોલિમર છે જે ઑબ્જેક્ટના આકારને બદલવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, પરંતુ જ્યારે ઑબ્જેક્ટને શરૂઆતમાં આકાર આપવામાં આવ્યો હતો તે પર્યાવરણ જેવી જ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પર્યાવરણ બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે ઑબ્જેક્ટ તેના મૂળ આકારમાં પાછો આવે છે. આ ટેક્નોલોજી દવા, એરોસ્પેસ અને રોબોટિક્સ જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં નવીન શક્યતાઓ ખોલી રહી છે.
શેપ મેમરી પોલિમરના સિદ્ધાંતને ક્રોસલિંકિંગ પોઈન્ટ દ્વારા સમજાવી શકાય છે, જે પોઈન્ટ છે જે રાસાયણિક રીતે પોલિમર સાંકળોને જોડે છે. જ્યારે વિરૂપતાને કારણે ક્રોસલિંક્સની સ્થિતિ બદલાય છે, ત્યારે તેઓ આંતરિક રીતે યાદ રાખવામાં આવે છે અને તેમના મૂળ આકારમાં પાછા ફરે છે. આ પ્રોપર્ટીમાં ખાસ કરીને મેડિકલ ક્ષેત્રે મોટી સંભાવના છે. ઉદાહરણ તરીકે, આકાર-મેમરી પોલિમરનો ઉપયોગ કરીને સ્ટેન્ટને સંકુચિત રક્ત વાહિનીઓમાં દાખલ કરી શકાય છે અને પછી જ્યારે શરીર દ્વારા જહાજને પહોળી કરવા માટે ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે તે તેના મૂળ આકારમાં પાછું આવે છે.
ચાલો સિદ્ધાંતમાં ઊંડે સુધી જઈએ. પ્રારંભિક આકાર ધરાવતું પોલિમર ગરમીમાં વધારો અથવા ઘટાડીને વિકૃત અને અસ્થાયી રૂપે સ્થિર થાય છે. જ્યારે નિર્ણાયક તાપમાન ઉપર ગરમી લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે અસ્થાયી આકારમાંથી પુનઃપ્રાપ્તિ થાય છે અને મૂળ આકાર દેખાય છે. આ આકાર મેમરી અસર છે. વિરૂપતાને પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની શક્તિ એન્ટ્રોપીમાં ફેરફારથી આવે છે, જે પોલિમરની સ્થિતિસ્થાપકતામાંથી આવે છે. એન્ટ્રોપી એ માત્ર ડિસઓર્ડરની ડિગ્રી છે. સમાનતાનો ઉપયોગ કરવા માટે, શાળાના સમય દરમિયાન વિદ્યાર્થીઓની એન્ટ્રોપી ઓછી હોય છે કારણ કે તેઓ વ્યવસ્થિત સ્થિતિમાં હોય છે, જ્યારે રિસેસ દરમિયાન વિદ્યાર્થીઓ ખૂબ જ અવ્યવસ્થિત હોય છે અને ઉચ્ચ એન્ટ્રોપી હોય છે. થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમ મુજબ, પ્રતિક્રિયાઓ એવી રીતે થાય છે જે સમગ્ર બ્રહ્માંડની એન્ટ્રોપીમાં વધારો કરે છે. પ્રારંભિક પોલિમર ઉચ્ચ એન્ટ્રોપીની સ્થિતિમાં છે કારણ કે તેની પરમાણુ ગોઠવણી અવ્યવસ્થિત છે, અને તેને વિકૃત કરવું એ એન્ટ્રોપી ઘટવાની દિશામાં અસ્થિર પ્રતિક્રિયા છે કારણ કે તે પરમાણુ ગોઠવણીને ઓર્ડર કરી રહ્યું છે. તેથી, આ અસ્થાયી રૂપે સ્થિર પરિસ્થિતિમાં, ગરમીનો ઉપયોગ એન્ટ્રોપીને વધારવા માટેની પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે, તેથી તે તેના પ્રારંભિક આકારમાં પાછો આવશે. આ આકાર મેમરી પોલિમરનો સિદ્ધાંત છે.
શેપ મેમરી પોલિમરનું માળખું જંગલ જિમ અથવા નેટ જેવું જ છે. આ માળખું સામાન્ય રીતે નિશ્ચિત (સખત) અને ઉલટાવી શકાય તેવા (નરમ) ભાગોના સહઅસ્તિત્વમાંથી આવે છે. ઉલટાવી શકાય તેવો તબક્કો આકાર મેમરી પોલિમરનો મુખ્ય ભાગ છે અને વિરૂપતા અને પુનઃપ્રાપ્તિમાં સ્થિતિસ્થાપક ભૂમિકા ભજવે છે. નિર્ણાયક તાપમાનની ઉપર, ઉલટાવી શકાય તેવું તબક્કો પ્રવાહી બની જાય છે અને મુક્તપણે ખસેડી શકે છે. જ્યારે આકાર મેમરી પોલિમર પર વિરૂપતા લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પોલિમર સાંકળો સંરેખિત થાય છે અને એન્ટ્રોપી ઘટે છે. તાણ હેઠળ પોલિમરને ઝડપથી ઠંડુ કરીને આ અસ્થિર સ્થિતિ જાળવી શકાય છે. તાણ ખેંચીને તબક્કાની ઉલટાવી શકાય તેવી માળખાકીય પુનઃ ગોઠવણી નિર્ણાયક તાપમાનથી નીચેના તાપમાને સખત રીતે મર્યાદિત છે, અને પોલિમર સાંકળોની પુનઃપ્રાપ્તિ થતી નથી.
શેપ મેમરી પોલિમર તેમની ઓછી ઘનતા અને ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપકતાને કારણે લવચીક હોય છે, અને પોલિમરની પ્રકૃતિના આધારે, તેમાં બાયોકોમ્પેટિબિલિટી અને બાયોડિગ્રેડબિલિટી જેવા ગુણધર્મો પણ હોઈ શકે છે. આ ગુણધર્મોને કારણે રમકડાં અને તબીબી ઉપકરણો સહિતની ઘણી એપ્લિકેશન્સમાં અન્ય સામગ્રીઓ સાથે સંયોજન તરીકે તેનો ઉપયોગ થયો છે. હાલમાં, તેઓ સામાન્ય રીતે તાપમાન દ્વારા મૂળ સ્થિતિને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે, પરંતુ અન્ય સ્થિતિઓ જેમ કે પ્રકાશ અને pH હજુ સુધી વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા નથી, તેથી તેમનું ભવિષ્ય ઉજ્જવળ છે.
શેપ મેમરી પોલિમરમાં વિવિધ ઉદ્યોગોમાં નવીન ઉકેલો પ્રદાન કરવાની ક્ષમતા પણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, રોબોટિક્સમાં, આકાર મેમરી પોલિમરનો ઉપયોગ લવચીક અને અનુકૂલનક્ષમ કૃત્રિમ સ્નાયુઓ બનાવવા માટે થઈ શકે છે. આ કૃત્રિમ સ્નાયુઓ પરંપરાગત રોબોટિક ભાગો કરતાં વધુ કુદરતી હલનચલનને સક્ષમ કરી શકે છે, રોબોટ્સ માટે એપ્લિકેશનની શ્રેણીને વિસ્તૃત કરે છે.
