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形狀記憶聚合物遇熱變軟用途多

【明報專訊】「形狀記憶聚合物」(Shape Memory Polymers, SMP)特點是當加熱到某個溫度時,它會軟化,可以隨意塑形,增加貼合程度;而當它冷卻後,會固化變硬。納米及先進材料研發院(NAMI)近年研發出一種形狀記憶聚合物,只需加熱至攝氏數十度即可變軟塑形,令方便程度大增,可望用來製造各種復康用品、護具和穿戴式電子產品等。

明報記者 薛偉傑

攝影 劉焌陶

其實,外國專家研究形狀記憶聚合物已有數十年。不過,以往主要都停留在學術界研究層面,真正的應用寥寥可數,只有一些血管支架等,而量產的規模亦有限。至於NAMI在2017年申請到「創新及科技基金」的資助後,開始研究形狀記憶聚合物。最初的想法是,希望形狀記憶聚合物可以應用在智能紡織品方面,以及可以代替打石膏。

納米及先進材料研發院(NAMI)高級技術經理朱勇表示,打過石膏的人都知道,石膏很重和很黏,貼着皮膚很不舒服,傷者更無法自行拆下來清潔骨折處的皮膚。另一方面,有時骨折處在一兩個星期後消了腫,令石膏出現鬆動,又需要拆下來重新再做一次,非常浪費醫護人員和物理治療師的時間。所以,他萌生了以形狀記憶聚合物來代替打石膏的想法。

手托代替打石膏 可脫下清潔皮膚

若以形狀記憶聚合物製造手托,其厚度只需2至3毫米,比起打石膏輕便得多。而且,用戶可以隨時使用小型發熱USB裝置來將它加熱,令它軟化脫下,從而清潔骨折處。之後,再重新穿上它和加熱、塑形,待它冷卻變硬。

由於形狀記憶聚合物這種加熱軟化和冷卻固化的特性並沒有明顯的次數限制,估計至少可以重複幾百次,所以相信它還可以讓醫院回收和循環再用(只需更換最外層的紡織物,以保持衛生)。這比起傳統打石膏只能用一次就變成廢物,要環保得多。

雖然市場上已有小量形狀記憶聚合物生產,但選擇有限,所以NAMI當時決定研發自己的形狀記憶聚合物,稱為eMuscle。朱勇解釋,因為NAMI希望,可以調節那個塑形的關鍵溫度,所以決定自行研發,而不採用市場現有的。

現時,由NAMI研發的eMuscle,可以視乎應用場景,通過改變材料的結構,將塑形的關鍵溫度設定在30度至80度之間。至於冷卻固化後的硬度和強度,大約在木板和工程塑膠之間。

NAMI還研發了配合eMuscle使用的小型USB發熱裝置,只需以一般Power Bank向該裝置供電,eMuscle就會保持在軟化的狀態;若停止供電,eMuscle會在5分鐘內冷卻至固化狀態。NAMI已就eMuscle申請了一系列專利。

可製成「無重力胸圍」

與市場上部分形狀記憶聚合物相比,eMuscle多了一個優點,就是當遇上快速衝擊時,它會迅即變硬,以及將衝擊力沿着其表面分散,令大部分衝擊力都不能穿透它。這個特性令它非常適合用來製造運動胸圍。

NAMI研發的這種運動胸圍,被稱為「無重力胸圍」。這款胸圍能夠根據乳房在運動時受到的震動,智能地在柔性和剛性之間切換,從而縮小乳房的實際擺動幅度,並減輕運動期間其重量和震動所帶來的壓力,為女士們提供「無重力」的舒適感和足夠的乳房支撐力。

製成玩具 公仔隨時改髮型

在今年的「全球百大科技研發獎」(2023 R&D100 Awards)中,「無重力胸圍」成為100個獲獎項目之一。

除了代替傳統打石膏之外,另一個有望相當普及的應用範圍是玩具。因為可以將那個塑形的關鍵溫度設定在約40度,讓小孩子在冲暖水涼時對玩具塑形。在2021年,香港玩具商Silverlit已經率先應用eMuscle,來造製洋娃娃公仔的頭髮。小朋友只需利用附送的小工具,就可以隨時幫公仔修改髮型。據悉,那款玩具至今的累積銷量至少已超過100萬套。現時,Silverlit正在研發其他使用eMuscle的新玩具。

朱勇強調,除了運動胸圍、玩具、代替打石膏之外,eMuscle還有不少潛在應用,例如護頸、護腰、鞋墊等護具,以及穿戴式電子產品;可以將eMuscle造成代替鞋帶的系統,當按鈕加熱時,它會軟化和變得寬鬆,方便穿上鞋子,當關掉電源時,就會冷卻、固化和收縮,效果如綁緊鞋帶般。

可應用於鞋墊穿戴式電子產品

至於穿戴式電子產品方面,用eMuscle來製造耳機和VR頭戴顯示器的貼面部分,當用戶戴上它們時,其皮膚的溫度可以令該部分軟化,從而更加貼面,減少空位。

據悉,eMuscle的多個潛在應用都獲得企業贊助小部分研發經費。其中,以運動胸圍、鞋墊、手托等的研發進度較快,並已經有企業正在跟NAMI商討技術授權事宜,最快有機會在今年內試產或小量推出。

至於eMuscle的生產,朱勇表示,有些公司現時已經擁有生產一般形狀記憶聚合物的機器,大致上沿用這些機器就可以,應該毋須作很多改動。

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