چکیده

پیشرفت¬های اخیر در فناوری لیتوگرافی و فناوری تولید مواد افزودنی ( از جمله گسترش پرینترهای سه بعدی) امکان ساخت آسان مواد خاص با ریزساختارهای پیچیده را فراهم می¬کند. این مواد که اصطلاحا "مواد طراحی شده" نامیده می¬شوند، فرصت¬های جدیدی برای توسعه مواد فراهم می¬آوردند. پلیمرهای حافظه¬دار به عنوان مواد هوشمند و فراموادمکانیکی با سطوح کمینه متناوب سه¬گانه (TPMS)، به دلیل ویژگی¬های مفیدشان در صنعت و زمینه¬های علوم نوین شناخته شده¬اند. به عنوان مثال، از طریق طراحی سازه‌های TMPS، معماری‌های متخلخل بسیار به هم پیوسته با وزن کم و مساحت سطح بالا قابل دستیابی هستند که به عنوان پارامترهای کلیدی در زمینه‌های مختلف از جمله انتقال حرارت و مهندسی بافت شناخته می‌شوند. علاوه بر این، پلیمرهای حافظه¬دار نوعی از مواد حافظه¬شکل قابل برنامه¬ریزی هستند که توانایی بازیابی شکل دائمی خود یا تولید نیرو را دارند. ترکیب این ویژگی‌ها با ساخت فرامواد TPMS مبتنی بر پلیمرهای حافظه¬دار، برای بررسی رفتارهای ویژه احتمالی امکان‌پذیر است. یکی از بزرگ¬ترین چالش¬های فعلی در مورد پلیمرهای حافظه دار، زمان پاسخ¬دهی بالا به محرک¬های خارجی در آن¬ها است که می¬تواند به رسانایی حرارتی پایین نسبت داده شود. با افزایش نسبت سطح به حجم، هدایت حرارتی افزایش می¬یابد و پاسخ سریع¬تر می¬شود. در این مطالعه، نرخ دما به عنوان معیاری برای سرعت عملکرد حافظه-داری و بر اساس تحلیل حرارتی معرفی شد و رفتار حرارتی، مکانیکی وحافظه شکلی 8 نوع ساختار TPMS در طیف وسیعی از کسرهای حجمی فاز جامد که شامل حداقل تا حداکثر کسرحجمی¬های موجود برای هر نوع سازه است (یعنی %35-65)، مورد مطالعه قرار گرفت. در مرحله بعد، برای داشتن بهترین عملکرد هم¬زمان، با توجه به جنس و ساختار، سه نوع تحلیل مختلف شامل تحلیل مکانیکی، حرارتی و ترمومکانیکی (پاسخ حافظه شکل) انجام شد. با مقایسه و کنار هم قرار دادن نتایج تمامی این تحلیل‌ها، سعی شد ساختاری با بهترین عملکرد هم¬زمان از هر سه جنبه تحلیلی پیدا شود. در تجزیه و تحلیل ترمومکانیکی، بازیابی شکل، بازیابی نیرو و درصد تثبیت شکل به عنوان ویژگی¬های حافظه شکل در نظر گرفته شد. برای این منظور، سازه¬ها با استفاده از معادلات سازنده ترمو ویسکو-هایپرالاستیک شبیه سازی شدند. همچنین نرخ دما و مدول الاستیک به ترتیب به عنوان معرف خواص حرارتی و مکانیکی در نظر گرفته شدند. نتایج این مطالعه نشان داد که بهترین حافظه شکل و رفتارهای مکانیکی متعلق به ساختار Primitive در تمام کسرهای حجمی مختلف است و بهترین عملکرد کلی برای ساختارهای مختلف TPMS از جمله بهترین رفتار حرارتی، مکانیکی و ترمومکانیکی در کسر حجمی %40 به دست می‌آید و در این حالت FKS بهترین رفتار را داشته و بقیه ساختارها به ترتیب FRD، Diamond، Diamond-type2، Gyroid، IWP، Primitive، Neovius مرتب می¬شوند. نتایج نشان داد که طراحی هندسی و کسرحجمی سازه به شدت بر رفتار مکانیکی، حرارتی و حافظه شکل تأثیر می¬گذارد. ساختارهای TPMS ساخته شده از پلیمر حافظه¬دار را می¬توان در زمینه¬های مختلف استفاده کرد و با توجه به الزامات و کاربرد مربوطه، یک هندسه و کسرحجمی خاص را انتخاب کرد. طیف وسیعی از هندسه¬ها و کسرهای حجمی این ساختارها در این مطالعه به طور جامع مورد بررسی قرار گرفته که می¬توانند به عنوان راهنمای عملی برای انتخاب نوع ساختار مناسب برای کاربردهای خاص استفاده شود.

کلمات کلیدی: سطوح کمینه متناوب سه گانه، فراماده، ماده هوشمند، پلیمر حافظه¬دار، عملکرد حافظه¬داری