Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, hebben samen met collega's van de Universiteit van Boston een manier ontdekt om de efficiëntie van fotopolymerisatie door vrije radicalen aanzienlijk te verbeteren door de absorptie van zichtbaar licht te verbeteren.

Volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications heeft het team een ​​nieuw systeem gecreëerd – geïnspireerd door fotosynthese – dat zichtbaar licht gebruikt om reactieve radicaalsoorten te genereren die polymerisatie kunnen veroorzaken. Dit systeem bereikt een vrijwel perfecte omzetting van monomeren in polymeren met patronen met hoge resolutie en verbeterde mechanische sterkte.

Fotopolymerisatie is een veelgebruikte techniek in verschillende industrieën, waaronder 3D-printen, tandheelkunde en micro-elektronica, waarbij vloeibare monomeren bij blootstelling aan licht worden omgezet in vaste polymeren. De efficiëntie van fotopolymerisatie wordt echter beperkt door de lage absorptie van zichtbaar licht door de foto-initiatoren, die doorgaans organische kleurstoffen zijn.

Om deze uitdaging aan te gaan, liet het onderzoeksteam zich inspireren door fotosynthese, het proces waarbij planten zonlicht omzetten in chemische energie. Fotosynthese maakt gebruik van lichtabsorberende pigmenten om zonne-energie op te vangen en reactieve tussenproducten te genereren die chemische reacties aandrijven.

De onderzoekers implementeerden een vergelijkbare strategie door een metaalligandcomplex in het fotopolymerisatiesysteem op te nemen. Dit metaal-ligandcomplex fungeert als een kunstlicht-oogsteenheid die op efficiënte wijze zichtbaar licht opvangt en reactieve radicalen genereert die in staat zijn polymerisatie te initiëren.

Door deze aanpak te gebruiken bereikten de onderzoekers een omzetting van bijna 100% van monomeren in polymeren met patronen met hoge resolutie en verbeterde mechanische eigenschappen. Dit vertegenwoordigt een significante verbetering vergeleken met conventionele fotopolymerisatiemethoden, die doorgaans lagere conversie-efficiënties vertonen.

De studie opent nieuwe wegen voor de ontwikkeling van efficiëntere en milieuvriendelijkere fotopolymerisatietechnieken met potentiële toepassingen in geavanceerde productie, 3D-printen en micro-elektronica. Door de absorptie van zichtbaar licht te verbeteren en een hogere conversie-efficiëntie te bereiken, zou deze technologie het energieverbruik kunnen verminderen en de prestaties van verschillende op licht gebaseerde fabricageprocessen kunnen verbeteren.