Electroactive polymer
ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમર (ઇએપી) એ એક પોલિમર છે જે વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા ઉત્તેજિત થાય ત્યારે કદ અથવા આકારમાં ફેરફાર દર્શાવે છે. આ પ્રકારની સામગ્રીનો સૌથી સામાન્ય ઉપયોગ એક્ટ્યુએટર્સ અને સેન્સરમાં થાય છે. ઇ. એ. પી. ની લાક્ષણિક લાક્ષણિકતા એ છે કે તેઓ મોટા દળોને ટકાવી રાખીને મોટી માત્રામાં વિકૃતિમાંથી પસાર થશે. મોટાભાગના ઐતિહાસિક એક્ચ્યુએટર્સ સિરામિક પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે. જ્યારે આ સામગ્રીઓ મોટા બળોનો સામનો કરવામાં સક્ષમ હોય છે, ત્યારે તેઓ સામાન્ય રીતે માત્ર ટકાના અપૂર્ણાંકને જ વિકૃત કરશે. 1990 ના દાયકાના અંતમાં, એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે કેટલાક ઇએપી 380% તાણ સુધી પ્રદર્શિત કરી શકે છે, જે કોઈપણ સિરામિક એક્ટ્યુએટર કરતાં ઘણું વધારે છે. ઇ. એ. પી. માટે સૌથી સામાન્ય ઉપયોગોમાંનો એક કૃત્રિમ સ્નાયુઓના વિકાસમાં રોબોટિક્સના ક્ષેત્રમાં છે; આમ, ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમરને ઘણીવાર કૃત્રિમ સ્નાયુ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઇ. એ. પી. નું ક્ષેત્ર 1880 માં ઉભરી આવ્યું હતું, જ્યારે વિલ્હેલ્મ રોન્ટજને એક પ્રયોગની રચના કરી હતી જેમાં તેમણે કુદરતી રબરની પટ્ટીના યાંત્રિક ગુણધર્મો પર ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્ષેત્રની અસરનું પરીક્ષણ કર્યું હતું. રબરની પટ્ટી એક છેડે બાંધવામાં આવી હતી અને બીજી બાજુ સમૂહ સાથે જોડવામાં આવી હતી. ત્યારબાદ રબર પર વિદ્યુત ચાર્જનો છંટકાવ કરવામાં આવ્યો હતો અને તે જોવામાં આવ્યું હતું કે લંબાઈ બદલાઈ ગઈ છે. તે 1925 માં હતું કે પ્રથમ પીઝોઇલેક્ટ્રિક પોલિમર (ઇલેક્ટ્રેટ) ની શોધ થઈ હતી. ઇલેક્ટ્રેટની રચના કાર્નાઉબા મીણ, રોસિન અને મીણને જોડીને કરવામાં આવી હતી, અને પછી દ્રાવણને ઠંડુ કરીને જ્યારે તે લાગુ ડીસી વિદ્યુત પૂર્વગ્રહને આધિન હોય છે. આ મિશ્રણ પછી પોલિમરીક સામગ્રીમાં ઘનીકરણ કરશે જે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે. લાગુ કરાયેલ વિદ્યુત પ્રવાહ સિવાયની પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓને પ્રતિસાદ આપતા પોલિમર પણ અભ્યાસના આ ક્ષેત્રનો મોટો ભાગ રહ્યા છે. 1949માં કાચાલ્સ્કી એટ અલ. દર્શાવ્યું હતું કે જ્યારે કોલેજન તંતુઓને એસિડ અથવા આલ્કલી દ્રાવણમાં ડૂબાડવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ કદમાં ફેરફાર સાથે પ્રતિક્રિયા આપશે. કોલેજન તંતુઓ એસિડિક દ્રાવણમાં વિસ્તરે છે અને આલ્કલી દ્રાવણમાં સંકોચાય છે. અન્ય ઉત્તેજનાઓ (જેમ કે પીએચ) ની તપાસ કરવામાં આવી હોવા છતાં, તેની સરળતા અને વ્યવહારિકતાને કારણે મોટાભાગના સંશોધન જૈવિક પ્રણાલીઓની નકલ કરવા માટે વિદ્યુત ઉત્તેજનાઓને પ્રતિસાદ આપતા પોલિમર વિકસાવવા માટે સમર્પિત કરવામાં આવ્યા છે. ઇ. એ. પી. માં આગામી મોટી સફળતા 1960 ના દાયકાના અંતમાં થઈ હતી. 1969માં કવાઈએ દર્શાવ્યું હતું કે પોલીવિનિલિડીન ફ્લોરાઇડ (પી. વી. ડી. એફ.) મોટી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે. આનાથી અન્ય પોલિમર પ્રણાલીઓ વિકસાવવામાં સંશોધન રસ જાગ્યો જે સમાન અસર બતાવશે. 1977માં પ્રથમ વિદ્યુત સંચાલિત પોલિમરની શોધ હિદેકી શિરાકાવા એટ અલ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. શિરાકાવાએ એલન મેકડિયારમિડ અને એલન હીગર સાથે મળીને દર્શાવ્યું હતું કે પોલિએસિટિલીન વિદ્યુત વાહક છે, અને તેને આયોડિન વરાળ સાથે ડોપિંગ કરીને, તેઓ તેની વાહકતાને તીવ્રતાના 8 ક્રમથી વધારી શકે છે. આમ વાહકતા ધાતુની નજીક હતી. 1980ના દાયકાના અંત સુધીમાં સંખ્યાબંધ અન્ય પોલિમર પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે અથવા વાહક હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. 1990 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, આયનીય પોલિમર-મેટલ કમ્પોઝિટ્સ (આઇ. પી. એમ. સી.) વિકસાવવામાં આવ્યા હતા અને અગાઉના ઇ. એ. પી. કરતા ઘણા શ્રેષ્ઠ વિદ્યુત સક્રિય ગુણધર્મો દર્શાવતા દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. આઇ. પી. એમ. સી. નો મુખ્ય ફાયદો એ હતો કે તેઓ 1 અથવા 2 વોલ્ટ જેટલા નીચા વોલ્ટેજ પર સક્રિયકરણ (વિકૃતિ) દર્શાવવામાં સક્ષમ હતા. આ અગાઉના કોઈપણ ઇ. એ. પી. કરતાં ઓછી તીવ્રતાના ઓર્ડર છે. આ સામગ્રીઓ માટે સક્રિયકરણ ઊર્જા માત્ર ઘણી ઓછી જ નહોતી, પરંતુ તેઓ ઘણી મોટી વિકૃતિઓમાંથી પણ પસાર થઈ શકે છે. આઇ. પી. એમ. સી. એ <આઇ. ડી. 1> સ્ટ્રેન સુધી ગમે ત્યાં પ્રદર્શન કર્યું હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, જે અગાઉ વિકસિત ઇ. એ. પી. કરતા વધુ તીવ્રતાના ઓર્ડર છે. 1999માં, યોસેફ બાર-કોહેને ઇએપી રોબોટિક આર્મ અગેઇન્સ્ટ હ્યુમન ચેલેન્જની આર્મ રેસલિંગ મેચની દરખાસ્ત કરી હતી. આ એક પડકાર હતો જેમાં વિશ્વભરના સંશોધન જૂથોએ ઇએપી સ્નાયુઓ ધરાવતા રોબોટિક હાથની રચના કરવા માટે સ્પર્ધા કરી હતી જે હાથની કુસ્તી મેચમાં માણસને હરાવી શકે છે. પ્રથમ પડકાર 2005માં ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમર એક્ચ્યુએટર્સ એન્ડ ડિવાઇસીસ કોન્ફરન્સમાં યોજાયો હતો. આ ક્ષેત્રનું બીજું મુખ્ય સીમાચિહ્ન એ છે કે કૃત્રિમ સ્નાયુ તરીકે ઇએપી સહિત પ્રથમ વ્યાવસાયિક રીતે વિકસિત ઉપકરણનું ઉત્પાદન 2002માં જાપાનમાં એમેક્સ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું. આ ઉપકરણ એક એવી માછલી હતી જે EAP સ્નાયુનો ઉપયોગ કરીને પોતાની પૂંછડી ખસેડીને જાતે તરી શકતી હતી. પરંતુ વ્યવહારુ વિકાસમાં પ્રગતિ સંતોષકારક રહી નથી. 1990ના દાયકામાં SRI ઇન્ટરનેશનલ ખાતે DARPA દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ સંશોધન અને રોન પેલ્રિનની આગેવાનીમાં સિલિકોન અને એક્રેલિક પોલિમરનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમર વિકસાવવામાં આવ્યું હતું; આ ટેકનોલોજીને 2003માં આર્ટિફિશિયલ મસલ કંપનીમાં વિકસાવવામાં આવી હતી, જેનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન 2008માં શરૂ થયું હતું. 2010માં આર્ટિફિશિયલ મસલ બેયર મટિરિયલ સાયન્સની પેટાકંપની બની હતી. ઇ. એ. પી. ના પ્રકારોમાં અનેક રૂપરેખાંકનો હોઈ શકે છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે તેને બે મુખ્ય વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવે છેઃ ડાયઇલેક્ટ્રિક અને આયોનિક. ડાઇલેક્ટ્રિક ડાઇલેક્ટ્રિક ઇ. એ. પી. એ એવી સામગ્રી છે જેમાં સક્રિયકરણ બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક દળોને કારણે થાય છે જે પોલિમરને સંકોચાય છે. ડાયઇલેક્ટ્રિક ઇલાસ્ટોમર્સ ખૂબ ઊંચા તાણ માટે સક્ષમ હોય છે અને મૂળભૂત રીતે એક કેપેસિટર હોય છે જે પોલિમરને જાડાઈમાં સંકુચિત કરવાની અને વિદ્યુત ક્ષેત્રને કારણે વિસ્તારમાં વિસ્તરણ કરવાની મંજૂરી આપીને વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે તેની ક્ષમતામાં ફેરફાર કરે છે. આ પ્રકારના ઇ. એ. પી. ને સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ વિદ્યુત ક્ષેત્રો (સેંકડોથી હજારો વોલ્ટ) ઉત્પન્ન કરવા માટે મોટા સક્રિયકરણ વોલ્ટેજની જરૂર પડે છે, પરંતુ વિદ્યુત ઉર્જાનો વપરાશ ખૂબ ઓછો હોય છે. ડાઇલેક્ટ્રિક ઇ. એ. પી. ને એક્ટ્યુએટરને આપેલ સ્થિતિમાં રાખવા માટે કોઈ શક્તિની જરૂર નથી. ઉદાહરણો ઇલેક્ટ્રોસ્ટ્રિક્ટિવ પોલિમર અને ડાઇલેક્ટ્રિક ઇલાસ્ટોમર્સ છે. ફેરોઇલેક્ટ્રિક પોલિમર ફેરોઇલેક્ટ્રિક પોલિમર એ સ્ફટિકીય ધ્રુવીય પોલિમરનું એક જૂથ છે જે ફેરોઇલેક્ટ્રિક પણ છે, જેનો અર્થ છે કે તેઓ કાયમી વિદ્યુત ધ્રુવીકરણ જાળવી રાખે છે જેને બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં ઉલટાવી અથવા ફેરવી શકાય છે. પોલીવિનિલિડીન ફ્લોરાઇડ (PVDF) જેવા ફેરોઇલેક્ટ્રિક પોલિમરનો ઉપયોગ એકોસ્ટિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સ અને ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ એક્ટ્યુએટર્સમાં તેમના અંતર્ગત પીઝોઇલેક્ટ્રિક પ્રતિસાદને કારણે અને તેમના અંતર્ગત પાયરોઇલેક્ટ્રિક પ્રતિસાદને કારણે હીટ સેન્સર તરીકે થાય છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટ્રિક્ટિવ ગ્રાફ્ટ પોલિમર ઇલેક્ટ્રોસ્ટ્રિક્ટિવ ગ્રાફ્ટ પોલિમરમાં શાખાઓની બાજુની સાંકળો સાથે લવચીક બેકબોન સાંકળો હોય છે. પડોશી બેકબોન પોલિમર પરની બાજુની સાંકળો ક્રોસ લિંક કરે છે અને સ્ફટિક એકમો બનાવે છે. બેકબોન અને સાઇડ ચેઇન સ્ફટિક એકમો પછી ધ્રુવીકૃત મોનોમર્સ બનાવી શકે છે, જેમાં આંશિક ચાર્જવાળા અણુઓ હોય છે અને આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે દ્વિધ્રુવીય ક્ષણો પેદા કરે છે. જ્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે દરેક આંશિક ચાર્જ પર બળ લાગુ થાય છે અને સમગ્ર પોલિમર એકમના પરિભ્રમણનું કારણ બને છે. આ પરિભ્રમણ ઇલેક્ટ્રોસ્ટ્રિક્ટિવ તાણ અને પોલિમરની વિકૃતિનું કારણ બને છે. પ્રવાહી સ્ફટિકીય પોલિમર મુખ્ય-સાંકળ પ્રવાહી સ્ફટિકીય પોલિમરમાં લવચીક સ્પેસર દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા મેસોજેનિક જૂથો હોય છે. કરોડરજ્જુની અંદરના મેસોજેન્સ મેસોફેઝ માળખું બનાવે છે જેના કારણે પોલિમર પોતે મેસોફેઝની રચના સાથે સુસંગત રચના અપનાવે છે. પોલિમર રચના સાથે પ્રવાહી સ્ફટિકીય ક્રમના સીધા જોડાણથી મુખ્ય-સાંકળ પ્રવાહી સ્ફટિકીય ઇલાસ્ટોમર્સને મોટી માત્રામાં રસ મળ્યો છે. ઉચ્ચ લક્ષી ઇલાસ્ટોમર્સનું સંશ્લેષણ તાપમાનની વિવિધતા સાથે પોલિમર સાંકળની દિશામાં મોટા તાણ થર્મલ એક્ચ્યુએશન તરફ દોરી જાય છે, જેના પરિણામે અનન્ય યાંત્રિક ગુણધર્મો અને યાંત્રિક એક્ચ્યુએટર્સ તરીકે સંભવિત એપ્લિકેશનો થાય છે. આયનિક આયનિક ઇએપી એ પોલિમર છે જેમાં સક્રિયકરણ પોલિમરની અંદર આયનોના વિસ્થાપનને કારણે થાય છે. એક્ચ્યુએશન માટે માત્ર થોડા વોલ્ટની જરૂર પડે છે, પરંતુ આયનીય પ્રવાહ એક્ચ્યુએશન માટે જરૂરી ઉચ્ચ વિદ્યુત શક્તિ સૂચવે છે, અને એક્ચ્યુએટરને આપેલ સ્થિતિમાં રાખવા માટે ઊર્જાની જરૂર પડે છે. આયનીય ઇ. એ. પી. એસ. ના ઉદાહરણો વાહક પોલિમર, આયનીય પોલિમર-મેટલ કમ્પોઝિટ્સ (આઇ. પી. એમ. સી.) અને પ્રતિભાવશીલ જેલ છે. હજુ સુધી અન્ય એક ઉદાહરણ બકી જેલ એક્ચ્યુએટર છે, જે પોલીઇલેક્ટ્રોલાઇટ સામગ્રીનું પોલિમર-સપોર્ટેડ સ્તર છે, જેમાં આયનીય પ્રવાહીનો સમાવેશ થાય છે, જે બે ઇલેક્ટ્રોડ સ્તરો વચ્ચે સેન્ડવિચ થાય છે, જેમાં આયનીય પ્રવાહીની જેલ હોય છે, જેમાં સિંગલ-વોલ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ હોય છે. આ નામ જેલની કાગળ સાથેની સમાનતા પરથી આવ્યું છે જે કાર્બન નેનોટ્યુબ્સને ફિલ્ટર કરીને બનાવી શકાય છે, કહેવાતા બકીપેપર. ઇલેક્ટ્રોરિઓલોજીકલ પ્રવાહી વિદ્યુતક્ષેત્રના ઉપયોગ સાથે દ્રાવણની સ્નિગ્ધતામાં ફેરફાર કરે છે. પ્રવાહી એ નીચા ડાઇલેક્ટ્રિક-સ્થિર પ્રવાહીમાં પોલિમરનું સસ્પેન્શન છે. મોટા વિદ્યુત ક્ષેત્રના ઉપયોગ સાથે સસ્પેન્શનની સ્નિગ્ધતા વધે છે. આ પ્રવાહીના સંભવિત ઉપયોગોમાં આઘાત શોષક, એન્જિન માઉન્ટ અને એકોસ્ટિક ડેમ્પર્સનો સમાવેશ થાય છે. આયનિક પોલિમર-મેટલ સંયુક્ત આયનિક પોલિમર-મેટલ સંયોજનો તેની સપાટી પર ઢાંકેલા ઉમદા મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે પાતળા આયનોમેરિક પટલ ધરાવે છે. તેમાં પોલિમર બેકબોન પર નિશ્ચિત એનાયનોના ચાર્જને સંતુલિત કરવા માટે કેટાયન પણ હોય છે. તેઓ ખૂબ જ સક્રિય એક્ચ્યુએટર્સ છે જે ઓછા લાગુ વોલ્ટેજ પર ખૂબ ઊંચી વિકૃતિ દર્શાવે છે અને ઓછો અવરોધ દર્શાવે છે. આયનિક પોલિમર-મેટલ કમ્પોઝિટ્સ કેશનિક કાઉન્ટર આયનો અને લાગુ કરેલા વિદ્યુત ક્ષેત્રના કેથોડ વચ્ચેના ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ દ્વારા કામ કરે છે, એક યોજનાકીય રજૂઆત આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવી છે. આ પ્રકારના પોલિમર બાયો-મિમેટિક ઉપયોગ માટે સૌથી મોટું વચન દર્શાવે છે કારણ કે કોલેજન તંતુઓ અનિવાર્યપણે કુદરતી ચાર્જ આયનીય પોલિમરથી બનેલા હોય છે. નેફિઓન અને ફ્લેમિઓન સામાન્ય રીતે આયનીય પોલિમર ધાતુના સંયોજનો તરીકે વપરાય છે. સ્ટિમ્યુલી-રિસ્પોન્સિવ જેલ્સ સ્ટિમ્યુલી-રિસ્પોન્સિવ જેલ્સ (હાઇડ્રોજેલ્સ, જ્યારે સોજો એજન્ટ એક જલીય દ્રાવણ હોય છે) એ વોલ્યુમ ફેઝ ટ્રાન્ઝીશન વર્તણૂક સાથે એક ખાસ પ્રકારનું સોજાવાળું પોલિમર નેટવર્ક છે. આ સામગ્રીઓ ચોક્કસ ભૌતિક (દા. ત.) ના ખૂબ જ નાના ફેરફારો દ્વારા તેમના કદ, ઓપ્ટિકલ, યાંત્રિક અને અન્ય ગુણધર્મોને ઉલટાવી શકે છે. વિદ્યુત ક્ષેત્ર, પ્રકાશ, તાપમાન) અથવા રાસાયણિક (સાંદ્રતા) ઉત્તેજના. આ પદાર્થોના કદમાં ફેરફાર સોજો/સંકોચન દ્વારા થાય છે અને તે પ્રસરણ આધારિત હોય છે. જેલ ઘન-અવસ્થાવાળી સામગ્રીના જથ્થામાં સૌથી મોટો ફેરફાર પ્રદાન કરે છે. માઇક્રો-ફેબ્રિકેશન તકનીકો સાથે ઉત્તમ સુસંગતતા સાથે જોડાયેલી, ખાસ કરીને ઉત્તેજના-પ્રતિભાવશીલ હાઇડ્રોજેલ્સ સેન્સર અને એક્ટ્યુએટર્સ સાથેની માઇક્રોસિસ્ટમ્સ માટે મજબૂત રસ ધરાવે છે. સંશોધન અને ઉપયોગના વર્તમાન ક્ષેત્રો રાસાયણિક સંવેદક પ્રણાલીઓ, માઇક્રોફ્લુઇડિક્સ અને મલ્ટીમોડલ ઇમેજિંગ પ્રણાલીઓ છે. ડાઇલેક્ટ્રિક અને આયનીય ઇએપીની સરખામણી ડાઇલેક્ટ્રિક પોલિમર ડીસી વોલ્ટેજ હેઠળ સક્રિય થાય ત્યારે તેમના પ્રેરિત વિસ્થાપનને પકડી રાખવામાં સક્ષમ હોય છે. આ રોબોટિક કાર્યક્રમો માટે ડાઇલેક્ટ્રિક પોલિમરને ધ્યાનમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે. આ પ્રકારની સામગ્રીઓમાં ઉચ્ચ યાંત્રિક ઊર્જા ઘનતા પણ હોય છે અને કામગીરીમાં મોટા ઘટાડા વિના હવામાં સંચાલિત કરી શકાય છે. જો કે, ડાઇલેક્ટ્રિક પોલિમરને ખૂબ ઊંચા સક્રિયકરણ ક્ષેત્રો (> 10 વી/માઇક્રોન) ની જરૂર પડે છે જે વિરામ સ્તરની નજીક હોય છે. બીજી બાજુ, આયનીય પોલિમરને સક્રિય કરવા માટે માત્ર 1 થી 2 વોલ્ટની જરૂર પડે છે. જોકે તેમને ભીનાશ જાળવવાની જરૂર છે, જોકે કેટલાક પોલિમરોને સ્વ-સમાવિષ્ટ કેપ્સ્યુલેટેડ એક્ટિવેટર્સ તરીકે વિકસાવવામાં આવ્યા છે જે શુષ્ક વાતાવરણમાં તેમના ઉપયોગની મંજૂરી આપે છે. આયનીય પોલિમરમાં ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ જોડાણ પણ ઓછું હોય છે. જોકે તેઓ બાયો-મિમેટિક ઉપકરણો માટે આદર્શ છે. લાક્ષણિકતા જ્યારે ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમરની લાક્ષણિકતા દર્શાવવાની ઘણી જુદી જુદી રીતો છે, ત્યારે અહીં માત્ર ત્રણ પર ધ્યાન આપવામાં આવશેઃ સ્ટ્રેસ-સ્ટ્રેન કર્વ, ડાયનેમિક મિકેનિકલ થર્મલ એનાલિસિસ અને ડાઇઇલેક્ટ્રિક થર્મલ એનાલિસિસ. તણાવ-તાણ વળાંક પોલિમરના યાંત્રિક ગુણધર્મો જેમ કે બરડપણું, સ્થિતિસ્થાપકતા અને પોલિમરની ઉપજ શક્તિ વિશે માહિતી પ્રદાન કરે છે. આ પોલિમરને એકસમાન દરે બળ પ્રદાન કરીને અને પરિણામી વિકૃતિને માપવા દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ વિરૂપતાનું ઉદાહરણ આકૃતિ 4 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. આ તકનીક સામગ્રીના પ્રકાર (બરડ, ખડતલ, વગેરે) નક્કી કરવા માટે ઉપયોગી છે. ), પરંતુ તે એક વિનાશક તકનીક છે કારણ કે પોલિમર ફ્રેક્ચર થાય ત્યાં સુધી તણાવ વધે છે. ડાયનેમિક મિકેનિકલ થર્મલ એનાલિસિસ (ડી. એમ. ટી. એ.) બંને ડાયનેમિક મિકેનિકલ એનાલિસિસ એક બિન-વિનાશક તકનીક છે જે મોલેક્યુલર સ્તરે વિરૂપતાની પદ્ધતિને સમજવામાં ઉપયોગી છે. ડી. એમ. ટી. એ. માં પોલિમર પર સાઇનસોઈડલ તાણ લાગુ કરવામાં આવે છે, અને પોલિમરની વિકૃતિના આધારે સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને ભીનાશ લાક્ષણિકતાઓ પ્રાપ્ત થાય છે (એમ ધારીને કે પોલિમર ભીનું હાર્મોનિક ઓસિલેટર છે). સ્થિતિસ્થાપક પદાર્થો તાણની યાંત્રિક ઊર્જા લે છે અને તેને સંભવિત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે જે પછીથી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે. એક આદર્શ સ્પ્રિંગ તેના મૂળ આકારને પાછો મેળવવા માટે તમામ સંભવિત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરશે (કોઈ ભીનાશ નહીં), જ્યારે પ્રવાહી વહેવા માટે તમામ સંભવિત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરશે, ક્યારેય તેની મૂળ સ્થિતિ અથવા આકાર (ઉચ્ચ ભીનાશ) પર પાછા નહીં આવે. વિસ્કોલીસ્ટિક પોલિમર બંને પ્રકારના વર્તનનું સંયોજન પ્રદર્શિત કરશે. ડાઇલેક્ટ્રિક થર્મલ એનાલિસિસ (DETA) DETA એ DMTA જેવું જ છે, પરંતુ વૈકલ્પિક યાંત્રિક બળને બદલે વૈકલ્પિક વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે. લાગુ કરેલું ક્ષેત્ર નમૂનાના ધ્રુવીકરણ તરફ દોરી શકે છે, અને જો પોલિમરમાં એવા જૂથો હોય કે જેમાં કાયમી દ્વિધ્રુવ હોય (આકૃતિ 2 મુજબ), તો તે વિદ્યુત ક્ષેત્ર સાથે સંરેખિત થશે. પારગમ્યતાને કંપનવિસ્તારમાં ફેરફાર પરથી માપી શકાય છે અને અવાહક સંગ્રહ અને નુકસાન ઘટકોમાં ઉકેલી શકાય છે. વિદ્યુત વિસ્થાપન ક્ષેત્રને પ્રવાહને અનુસરીને પણ માપી શકાય છે. એકવાર ક્ષેત્ર દૂર થઈ જાય પછી, દ્વિધ્રુવ ફરીથી અવ્યવસ્થિત દિશામાં પાછા ફરશે. એપ્લિકેશન્સ ઘણી પોલિમરીક સામગ્રીની પ્રક્રિયામાં સરળતાને કારણે ઇ. એ. પી. સામગ્રી સરળતાથી વિવિધ આકારોમાં બનાવી શકાય છે, જે તેમને ખૂબ જ બહુમુખી સામગ્રી બનાવે છે. ઇ. એ. પી. માટે એક સંભવિત ઉપયોગ એ છે કે સ્માર્ટ એક્ચ્યુએટર્સ બનાવવા માટે તેમને સંભવિત રીતે માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ (એમ. ઇ. એમ. એસ.) માં સંકલિત કરી શકાય છે. કૃત્રિમ સ્નાયુઓ સૌથી સંભવિત વ્યવહારુ સંશોધન દિશા તરીકે, કૃત્રિમ સ્નાયુઓમાં ઇ. એ. પી. નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ઉચ્ચ અસ્થિભંગની કઠિનતા, મોટા સક્રિયકરણ તાણ અને અંતર્ગત કંપન ભીનાશ સાથે જૈવિક સ્નાયુઓની કામગીરીનું અનુકરણ કરવાની તેમની ક્ષમતા આ ક્ષેત્રના વૈજ્ઞાનિકોનું ધ્યાન આકર્ષિત કરે છે. હાથનો એક પ્રકાર બનાવવા માટે પણ ઇ. એ. પી. નો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. સ્પર્શેન્દ્રિય ડિસ્પ્લે તાજેતરના વર્ષોમાં, દૃષ્ટિહીન લોકોને ઝડપી વાંચન અને કોમ્પ્યુટર સહાયિત સંચારમાં મદદ કરવા માટે "રિફ્રેશ કરી શકાય તેવા બ્રેઇલ ડિસ્પ્લે માટે વિદ્યુત સક્રિય પોલિમર" ઉભરી આવ્યા છે. આ ખ્યાલ એરે સ્વરૂપમાં રૂપરેખાંકિત ઇએપી એક્ટ્યુએટરનો ઉપયોગ કરવા પર આધારિત છે. ઇ. એ. પી. ફિલ્મની એક બાજુ ઇલેક્ટ્રોડ્સની પંક્તિઓ અને બીજી બાજુ સ્તંભો એરેમાં વ્યક્તિગત તત્વોને સક્રિય કરે છે. દરેક તત્વને બ્રેઇલ બિંદુ સાથે માઉન્ટ કરવામાં આવે છે અને પસંદ કરેલા તત્વની જાડાઈ પર વોલ્ટેજ લાગુ કરીને તેને ઘટાડવામાં આવે છે, જેના કારણે સ્થાનિક જાડાઈમાં ઘટાડો થાય છે. કોમ્પ્યુટર નિયંત્રણ હેઠળ, વાંચવા માટેની માહિતીનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી ઉંચાઈ અને નીચી સપાટીની સ્પર્શેન્દ્રિય પેટર્ન બનાવવા માટે બિંદુઓ સક્રિય કરવામાં આવશે. વર્ચ્યુઅલ સપાટીની દ્રશ્ય અને સ્પર્શેન્દ્રિય છાપ ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન સ્પર્શેન્દ્રિય પ્રદર્શન દ્વારા પ્રદર્શિત થાય છે, કહેવાતી "કૃત્રિમ ત્વચા" (આકૃતિ. 6). આ મોનોલિથિક ઉપકરણોમાં ઉત્તેજના-પ્રતિભાવશીલ હાઇડ્રોજેલ્સ પર આધારિત હજારો મલ્ટીમોડલ મોડ્યુલેટર (એક્ચ્યુએટર પિક્સેલ્સ) નો સમાવેશ થાય છે. દરેક મોડ્યુલેટર વ્યક્તિગત રીતે તેમના પ્રસારણ, ઊંચાઈ અને નરમાઈને બદલવામાં સક્ષમ છે. દૃષ્ટિહીન લોકો માટે ગ્રાફિક ડિસ્પ્લે તરીકે તેમના સંભવિત ઉપયોગ ઉપરાંત આવા ડિસ્પ્લે ટચપેડ્સ અને કન્સોલની મફત પ્રોગ્રામેબલ કીઓ તરીકે રસપ્રદ છે. માઇક્રોફ્લુઇડિક્સ ઇ. એ. પી. સામગ્રીમાં માઇક્રોફ્લુઇડિક્સ માટે વિશાળ સંભાવના છે. દવા વિતરણ પ્રણાલીઓ, માઇક્રોફ્લુઇડિક ઉપકરણો અને લેબ-ઓન-એ-ચિપ તરીકે. સાહિત્યમાં નોંધાયેલી પ્રથમ માઇક્રોફ્લુઇડિક પ્લેટફોર્મ ટેકનોલોજી ઉત્તેજના-પ્રતિભાવશીલ જેલ પર આધારિત છે. જળ હાઇડ્રોજેલ-આધારિત માઇક્રોફ્લુઇડિક ઉપકરણોના વિદ્યુતવિચ્છેદનને ટાળવા માટે મુખ્યત્વે નીચા નિર્ણાયક દ્રાવણ તાપમાન (એલ. સી. એસ. ટી.) લાક્ષણિકતાઓ સાથે તાપમાન-પ્રતિભાવશીલ પોલિમર પર આધારિત હોય છે, જે ઇલેક્ટ્રોથર્મિક ઇન્ટરફેસ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. બે પ્રકારના માઇક્રોપમ્પ જાણીતા છે, ડિફ્યુઝન માઇક્રોપમ્પ અને ડિસ્પ્લેસમેન્ટ માઇક્રોપમ્પ. ઉત્તેજના-પ્રતિભાવશીલ હાઇડ્રોજેલ્સ પર આધારિત માઇક્રોવલ્વ્સ કેટલાક ફાયદાકારક ગુણધર્મો દર્શાવે છે જેમ કે કણ સહિષ્ણુતા, કોઈ લિકેજ અને ઉત્કૃષ્ટ દબાણ પ્રતિકાર. આ માઇક્રોફ્લુઇડિક પ્રમાણભૂત ઘટકો ઉપરાંત હાઇડ્રોજેલ પ્લેટફોર્મ રાસાયણિક સેન્સર અને માઇક્રોફ્લુઇડિક ઘટકોનો એક નવો વર્ગ, રાસાયણિક ટ્રાન્ઝિસ્ટર (જેને કીમોસ્ટેટ વાલ્વ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) પણ પ્રદાન કરે છે. જો ચોક્કસ રાસાયણિકની થ્રેશોલ્ડ સાંદ્રતા સુધી પહોંચી જાય તો આ ઉપકરણો પ્રવાહી પ્રવાહને નિયંત્રિત કરે છે. રાસાયણિક ટ્રાન્ઝિસ્ટર માઇક્રોકેમોમિકેનિકલ ફ્લુઇડિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટનો આધાર બનાવે છે. "રાસાયણિક IC" પ્રક્રિયા સંપૂર્ણપણે રાસાયણિક માહિતી છે, ઊર્જા-સ્વ-સંચાલિત છે, આપમેળે કાર્ય કરે છે અને મોટા પાયે એકીકરણ માટે સક્ષમ છે. અન્ય માઇક્રોફ્લુઇડિક પ્લેટફોર્મ આયનોમેરિક સામગ્રી પર આધારિત છે. તે સામગ્રીમાંથી બનેલા પંપ નીચા વોલ્ટેજ (બેટરી) કામગીરી, અત્યંત ઓછા અવાજની સહી, ઉચ્ચ સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા અને પ્રવાહ દરનું અત્યંત સચોટ નિયંત્રણ પ્રદાન કરી શકે છે. ઇ. એ. પી. એક્ટ્યુએટર્સના અનન્ય ગુણધર્મોથી લાભ મેળવી શકે તેવી અન્ય ટેકનોલોજી ઓપ્ટિકલ મેમ્બ્રેન છે. તેમના નીચા મોડ્યુલસને કારણે, એક્ટ્યુએટર્સના યાંત્રિક અવરોધ, તેઓ સામાન્ય ઓપ્ટિકલ પટલ સામગ્રી સાથે સારી રીતે મેળ ખાય છે. ઉપરાંત, એક જ ઇએપી એક્ચ્યુએટર માઇક્રોમીટરથી સેન્ટીમીટર સુધીના વિસ્થાપન પેદા કરવામાં સક્ષમ છે. આ કારણોસર, આ સામગ્રીનો ઉપયોગ સ્થિર આકાર સુધારણા અને ધ્રુજારી દમન માટે થઈ શકે છે. આ એક્ચ્યુએટર્સનો ઉપયોગ વાતાવરણીય હસ્તક્ષેપને કારણે ઓપ્ટિકલ વિચલનોને સુધારવા માટે પણ થઈ શકે છે. આ સામગ્રીઓ ઉત્કૃષ્ટ વિદ્યુત સક્રિય લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે, તેથી ઇ. એ. પી. સામગ્રી બાયોમિમેટિક-રોબોટ સંશોધન, સ્ટ્રેસ સેન્સર અને ધ્વનિશાસ્ત્ર ક્ષેત્રમાં ક્ષમતા દર્શાવે છે, જે નજીકના ભવિષ્યમાં ઇ. એ. પી. ને વધુ આકર્ષક અભ્યાસ વિષય બનાવશે. તેનો ઉપયોગ હ્યુમનોઇડ રોબોટ્સમાં ચહેરાના સ્નાયુઓ અને હાથના સ્નાયુઓ જેવા વિવિધ એક્ટ્યુએટર્સ માટે કરવામાં આવે છે. ભવિષ્યની દિશાઓ ઇ. એ. પી. નું ક્ષેત્ર પરિપક્વથી ઘણું દૂર છે, જે હજુ પણ ઘણા મુદ્દાઓ પર કામ કરવાની જરૂર છે. પાણીની અભેદ્ય સપાટીની રચના કરીને ઇએપીની કામગીરી અને લાંબા ગાળાની સ્થિરતામાં સુધારો થવો જોઈએ. આ ઇ. એ. પી. માં સમાવિષ્ટ પાણીના બાષ્પીભવનને અટકાવશે, અને જ્યારે ઇ. એ. પી. જલીય વાતાવરણમાં ડૂબીને કાર્યરત હોય ત્યારે હકારાત્મક પ્રતિકારક આયનોના સંભવિત નુકસાનને પણ ઘટાડશે. ખામી-મુક્ત વાહક સપાટી ઉત્પન્ન કરવાની પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને સુધારેલી સપાટીની વાહકતાને શોધવી જોઈએ. આ સંભવતઃ ધાતુની વરાળ જમા કરીને અથવા અન્ય ડોપિંગ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે. જાડા વાહક સ્તર બનાવવા માટે વાહક પોલિમરનો ઉપયોગ કરવો પણ શક્ય બની શકે છે. ઇ. એ. પી. સંયોજનમાં ઉષ્મા પેદા થવાને કારણે ઇ. એ. પી. ના આંતરિક માળખાને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પર કામગીરીને મંજૂરી આપવા માટે ઉષ્મા પ્રતિરોધક ઇ. એ. પી. ઇચ્છનીય રહેશે. ગતિના સંભવિત પ્રકારોની શ્રેણી વધારવા માટે વિવિધ રૂપરેખાંકનો (દા. ત., રેસા અને રેસા બંડલ) માં ઇ. એ. પી. નો વિકાસ પણ ફાયદાકારક રહેશે. વાયુયુક્ત કૃત્રિમ સ્નાયુઓ પણ જુઓ કૃત્રિમ સ્નાયુઓ સંદર્ભો કૃત્રિમ સ્નાયુઓ તરીકે ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમર (ઇએપી) એક્ટ્યુએટર્સ-વાસ્તવિકતા, સંભવિતતા અને પડકારો, કૃત્રિમ સ્નાયુઓ તરીકે ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમર વાસ્તવિકતા અને વિદ્યુત ઇજનેરી પોલિમર સામગ્રીના ગુણધર્મોને સમજવા માટે ઇલેક્ટ્રોએક્ટિવ પોલિમરને પડકારો સ્માર્ટ સામગ્રી ટ્રાન્સડ્યુસર્સ