مواد هوشمند (Smart Materials) به موادی اطلاق میشود که قادر به تغییر خواص خود در پاسخ به شرایط محیطی یا تحریکات خاص هستند. این تغییرات می‌تواند شامل تغییر در شکل، اندازه، رنگ، یا سایر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی باشد.
یکی از مهمترین انواع مواد هوشمند، مواد کرومیک هستند. در واقع این مواد می‌توانند تغییر رنگ یا خواص نوری در برابر شرایط خاص محیطی، مانند دما، pH، یا نور دهند. این تغییرات می‌تواند به صورت دائمی یا موقتی باشد. مواد کرومیک به طور کلی به چند دسته تقسیم میشوند:
نکته: این مقاله مربوط به کتاب علوم پایه هفتم می‌باشد.
انواع مواد هوشمند کرومیک
مواد ترموکرومیک (Thermochromic Materials)
این مواد در پاسخ به تغییرات دما تغییر رنگ میدهند. به عنوان مثال، برخی از رنگ‌ها یا جوهرها در دماهای خاص تغییر رنگ میدهند. این نوع مواد در کاربردهایی مانند بسته‌بندی مواد غذایی، لوازم آرایشی، و لباس‌های هوشمند استفاده میشوند.
مثال:
- دماسنج‌های نواری که با قرار گرفتن بر روی پیشانی و جذب گرمای بدن تغییر رنگ داده و عدد دمای بدن را نشان میدهند.
- صندلی‌های گرمایی هستند که با دمای بدن تغییر رنگ میدهند و پس از بین رفتن منبع دما (بدن) به حالت اولیه برمیگردند.
مواد فوتوکرومیک (Photochromic Materials)
این گروه از مواد در مقابل تغییر نور، تغییر رنگ میدهند. مواد مورد استفاده در حالت غیر فعال بی رنگ هستند ولی وقتی در معرض انرژی تابشی قرار می گیرند مولکولهای آن به حالت برانگیخته درآمده و در نتیجه دچار تغییر ساختاری میشوند که بر میزان جذبشان اثر میگذارد و در نتیجه ماده کدرتر دیده میشود.
مثال:
عینک‌های آفتابی فوتوکرومیک در نور خورشید تیره‌تر میشوند و در شرایط کم‌نور روشن‌تر میشوند. این نوع مواد در عینک‌ها، شیشه‌های عایق، و پوشش‌های حفاظتی کاربرد دارند.
مواد الکتروکرومیک (Electrochromic Materials)
این مواد در پاسخ به یک ولتاژ الکتریکی تغییر رنگ میدهند. این نوع مواد در نمایشگرها، شیشه‌های هوشمند (که می‌توانند با تغییر ولتاژ شفاف یا تیره شوند)، و در برخی از دستگاه‌های الکترونیکی استفاده میشوند.
به عنوان مثال پنجره های الکتروکرومیک که به وسیله الکتریسیته روشن و تار میشوند که نقش بسیار مهمی در صرفه جوئی انرژی ایفا میکنند. این پنجره ها معمولاً به صورت چند لایه هستند که مابین آنها از مواد الکتروکرومیک و مواد هادی پر شده است.
هنگامیکه جریان برقرار میشود یونهای این مواد در یک ردیف و به صورت مرتب قرار می گیرند و این باعث عبور جریان و شفاف شدن شیشه میشود. اگر جریان قطع شود این یونها به صورت متراکم و بی نظم پخش شده و مانع عبور جریان میشوند در نتیجه شیشه تیره میشود.
مواد مکانوکرومیک و کموکرومیک (Mechanochromic materials)
مواد مکانوکرومیک با تغییرات فشار و یا تغییر شکل خصوصیات بازتابی متفاوتی از خود نشان میدهند و محصولاتی از آنها تولید شده است که تحت فشار و یا کشش خاص متنی که در آنها مخفی شده نشان داده میشود.
مثال:
- کاغذهای تورنسل که در محیط‌های بازی و اسیدی رنگ‌های متفاوتی از خود نشان میدهند.
- از این مواد در آزمایشگاهها برای اندازه گیری خون و ادرار استفاده می شوند.
مواد هوشمند کرومیک به طور خلاصه
| مواد هوشمند کروماتیک | ویژگی | مثال |
| مواد ترموکرومیک | تغییر رنگ در مقابل دما | دماسنج‌های نواری |
| مواد فوتوکرومیک | تغییر رنگ در مقابل نور | عینک‌های فوتوکرومیک |
| مواد الکتروکرومیک | تغییر رنگ در مقابل ولتاژ الکتریکی | شیشه های کدر شونده |
| مواد مکانوکرومیک | تغییر رنگ در مقابل فشار و تنش | کاغذ تورنسل |
کاربردهای مواد هوشمند کرومیک
- صنعت مد و لباس: برای تولید لباس‌ها و لوازم جانبی که به تغییرات محیطی پاسخ میدهند.
- بسته‌بندی: برای نشان دادن تاریخ انقضا یا شرایط نگهداری مواد غذایی.
- ساختمان و معماری: برای شیشه‌های هوشمند که می‌توانند در برابر نور و دما تغییر کنند.
- الکترونیک: در نمایشگرها و صفحات لمسی که نیاز به تغییر رنگ دارند.
مزایا و معایب
مزایا: قابلیت تطبیق با شرایط محیطی، ایجاد تجربه کاربری جدید، و افزایش کارایی و ایمنی.
معایب: هزینه‌های تولید بالا، پایداری محدود در برخی از مواد، و نیاز به فناوری‌های پیشرفته برای تولید و استفاده.
به طور کلی، مواد هوشمند کرومیک به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان در تغییر رنگ و پاسخ به شرایط محیطی، در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته‌اند و کاربردهای متنوعی دارند.