Onderzoekers hebben de eerste materialen ontwikkeld die permanent kunnen veranderen van vast naar vloeibaar, of vice versa, bij blootstelling aan licht bij kamertemperatuur, en blijven in de nieuwe fase, zelfs nadat het licht is verwijderd. De onderzoekers toonden ook aan dat het licht kan worden gebruikt om vloeibare ontwerpen in een vast materiaal of vaste ontwerpen in een vloeibaar materiaal te tekenen, het creëren van stabiele materialen die deels vast en deels vloeibaar zijn. De nieuwe materialen hebben potentiële toepassingen voor 3D-printen, vormen, en recycling op aanvraag, onder andere gebruik.

De onderzoekers, onder leiding van Brady Worrell, Christoffel Bowman, en co-auteurs aan de Universiteit van Colorado, Kei, hebben een paper gepubliceerd over de materialen met fotoschakelbare fasen in een recent nummer van: Natuurcommunicatie .

Zoals we in het dagelijks leven zien, conventionele materialen wisselen van fase als gevolg van veranderingen in temperatuur of druk. Bijvoorbeeld, vast ijs kan in vloeibaar water worden omgezet door verwarming of - minder vaak - door de druk te verhogen (een hogere druk verlaagt het smeltpunt, waardoor het ijs smelt bij koudere temperaturen dan normaal).

bepaalde polymeren, echter, permanent vast zijn, zelfs wanneer ze worden blootgesteld aan extreme veranderingen in temperatuur of druk, ze worden nooit vloeibaar. Deze materialen, die covalent verknoopte polymeren worden genoemd, kunnen worden aangepast zodat een externe stimulus zoals licht of warmte ervoor zorgt dat ze overschakelen van vast naar vloeibaar. Echter, dit is slechts een tijdelijke verandering, waarbij het polymeer terugkeert naar zijn vaste vorm zodra de stimulus wordt verwijderd.

In de nieuwe studie presenteerden de onderzoekers twee nieuwe polymeren, een die begint als een vaste stof en kan worden omgezet in vloeistof, en de andere die begint als een vloeistof en kan worden omgezet in een vaste stof. De polymeren zijn de eerste materialen van welke aard dan ook die een permanente faseverandering kunnen ondergaan als reactie op een andere stimulus dan temperatuur of druk (in dit geval licht).

De vaste en vloeibare polymeren wisselen beide van fase wanneer ze ongeveer vijf minuten worden bestraald met UV-licht met een golflengte van 365 nm. Echter, het licht beïnvloedt de twee materialen verschillend. Het vloeibare polymeer bevat aanvankelijk een base die een spanningsverminderende thiol-thioester-uitwisselingsreactie bevordert, waardoor het polymeer zich als een vloeistof gedraagt, maar de vaste stof bevat aanvankelijk deze base niet. Wanneer het vaste polymeer wordt blootgesteld aan licht, het licht geeft een katalysator vrij die de basis vrijmaakt, het bevorderen van de stress-ontspannende reactie en het omzetten van de vaste stof in een vloeistof. Anderzijds, wanneer het vloeibare polymeer wordt blootgesteld aan licht, het licht geeft een andere katalysator af die zuur afgeeft, het neutraliseren van de basis en het stoppen van de stress-ontspannende reactie, die het vloeibare polymeer omzet in een vaste stof.

Het gebruik van licht in plaats van temperatuur of druk om de faseveranderingen te regelen, maakt het mogelijk om voortreffelijke ruimtelijke controle uit te oefenen over deze faseveranderingen, waardoor de onderzoekers afzonderlijke vaste en vloeibare gebieden in een enkel materiaal kunnen definiëren. Laten zien, de onderzoekers gebruikten nanoimprint-lithografie om een ​​fotomasker te ontwerpen in de vorm van een buffel (de mascotte van de University of Colorado Boulder). Door de twee verschillende golflengten van licht te gebruiken, ze konden een vloeibare buffel maken op een vaste achtergrond of een solide buffel op een vloeibare achtergrond. Ondanks dat het zowel uit vloeibaar als vast bestaat, het materiaal is stabiel en de vloeibare en vaste delen blijven permanent gescheiden.

De onderzoekers verwachten dat in de toekomst, deze mogelijkheden zullen de deuren openen naar een verscheidenheid aan nieuwe toepassingen waarbij polymeren worden gebruikt.

"In een brede context de thiol-thioester-uitwisseling in netwerkpolymeren maakt een brede toepassing op verschillende gebieden mogelijk, "Worrell vertelde" Phys.org . "Dit materiaal overbrugt effectief de kloof tussen thermoplasten en thermoharders bij zeer lage bedrijfstemperaturen, recycling mogelijk maken, hergebruiken of omvormen (thermoplastisch gedrag) en on-demand aanbrengen op een substraat (thermoplastisch gedrag). Dit materiaal zal daarom waarschijnlijk aantrekkelijk zijn in slimme coatings die on-demand worden toegepast, waar omgevingsstress de effectiviteit beperkt."

© 2018 Fys.org