Forskare från RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) och University of Tokyo har utvecklat en film som lockar ihop och rätar ut sig autonomt när de utsätts för små, knappt mätbara förändringar i luftfuktigheten. Vid bestrålning med ultraviolett ljus, vilket orsakar förändringar i filmens förmåga att absorbera och desorbera vatten, det kan till och med "hoppa" upp i luften.

Enligt Daigo Miyajima från CEMS, "Vår studie började från ett serendipitöst fynd. När vi placerade en förening som heter guanidiniumkarbonat i en högtemperaturugn, vi fann att den inte bara bildade en pulverformig substans - som vanligt vid liknande processer - utan också en gulaktig film som fastnade på ytan av substratet. Filmen var en kolnitritpolymer bestående av staplade polymerer av heptazin orienterade parallellt med substratets yta. "

Överraskningen kom när laget började analysera denna ovanliga film. De kunde ta bort det från underlaget genom att blötlägga det i varmt vatten, och fann att den var extremt lätt trots sin seghet. Vad de först inte kunde förklara var att vid omgivande förhållanden, materialet skulle plötsligt böja och sedan rätas ut igen, utan någon uppenbar yttre stimulans.

Gruppen gjorde ett antal experiment för att avgöra varför detta hände, och fann att nyckeln var liten, väsentligen odetekterbara förändringar i luftfuktigheten. De hittade, till exempel, att flytta en droppe vatten i närheten av filmen skulle få den att räta ut, men att detta inte hände när de såg till att det inte fanns någon luftrörelse i lådan. De vägde filmen när den sträcktes ut och kröp ihop, och hittade en liten minskning - på bara 680 nanogram per 10 kvadratmillimeter - i den hopfällda konfigurationen. De drog slutsatsen att det desorberade vatten på ena ytan och att bindningarna mellan vattenmolekylerna och polymeren skapade mekanisk spänning som förändrade filmens form. Förändringen skedde extremt snabbt - tog bara 50 millisekunder när filmen utsattes för ultraviolett ljus.

Motionen var också kraftfull. När filmen placerades på en plan yta och fick den att krypa ihop, det kan bokstavligen hoppa till en centimeters höjd, en höjd 10, 000 gånger tjockleken på filmen. Det var också hållbart:i ett experiment bestrålade de filmen upprepade gånger med ultraviolett ljus, det böjde och rätade ut mer än 10, 000 gånger utan någon märkbar försämring.

I ett sista experiment, forskarna täckte hälften av filmen med tunt guld, för att stoppa absorption och desorption av vatten, och utsatte den sedan för upprepad curling och rakning. Filmen kan faktiskt gå över en yta, drar sig själv som halva filmen böjd och avslappnad.

Enligt Takuzo Aida, ledare för Emergent Soft Matter Function Research Group vid CEMS och professor vid University of Tokyo, "På samma sätt som en mekanisk klocka utnyttjar handledens naturliga rörelser för att få energi, denna film tar små fluktuationer i luftfuktigheten och förvandlar dem till mekanisk energi. Den här typen av enheter kommer att vara användbara för att skapa ett hållbart samhälle. "

Forskningen publicerades den 18 juli i Naturmaterial .