Polymerer som uppvisar sina funktioner genom ljus har studerats i några decennier eftersom de möjliggör miniatyrisering av enheter, energi sparande, och exakt signalkontroll. Polymerer baserade på azobensen, diaryleten, etc. är pionjärerna, och många exempel på ljusdrivna motorer och konstgjorda muskler har rapporterats. Å andra sidan, kanelsyra, som är en beståndsdel av lignin i naturligt trä, uppvisar också funktionen av ultravioletta (UV) strålar, så att den har applicerats på polymerer. Deformationsmekanismen för dessa cinnamatbaserade polymerer har inte klarlagts eftersom de två reaktionerna av dubbelbindnings-cis-trans-isomerisering och [2+2]-cykloaddition sker nästan samtidigt. Eftersom mekanismen inte har klarlagts, dess användning som ett fotodeformerbart material har inte fått så mycket uppmärksamhet som ovannämnda azobensen och diaryleten.

För att ta itu med dessa problem, ett team av forskare från Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) undersöker fotoböjningsmekanismer för biobaserade polycinnametfilmer. Deras senaste studie, publiceras i ACS tillämpade material och gränssnitt , leddes av professor Tatsuo Kaneko och biträdande professor Kenji Takada involverade också professor Hideyuki Murata, Docent Kosuke Okeyoshi, och forskarassistent Amit Kumar.

I den här studien, polyestrar syntetiserades baserat på kumarater i vilka hydroxylgrupper var substituerade i aromaterna av cinnamat. Bland dem, de som visade fotodeformerbarhet var poly(3-hydroxikanelsyra) (P3HCA) och poly(3, 4-dihydroxikanelsyra) (PdHCA). Även om båda filmerna hade en cinnamate-enhet, P3HCA visade konvex deformation med avseende på en UV-källa, och PdHCA visade konkav deformation, respektive. Dessa skillnader analyserades genom olika spektralanalyser. Först, när fluorescenslivslängden mättes, det visade sig att det finns två exciterade tillstånd i P3HCA. Nästa, genom tidsupplöst infraröd (IR) spektroskopisk mätning, absorptionen av dubbelbindningen av cinnamatenheten spårades från förändringen i IR-spektrumet under UV-bestrålning.

När det gäller P3HCA, det bekräftades att absorptionen av cis-bildad -CH=CH-bindning ökades genom att öka UV-bestrålningstiden. Å andra sidan, i PdHCA, ingen förändring i absorptionen av cis-bildad -CH=CH- bekräftades. För att bevisa dessa fotoexpansioner, ett experiment genomfördes där en P3HCA-film täcktes med en fotomask och UV-strålar bestrålades ovanifrån. När den fristående filmen bestrålades med UV genom en fotomask, den obestrålade ytan visade också en deformation. Därför, när ett bestrålningsexperiment utfördes med P3HCA-filmen belagd på glassubstratet, det fanns ingen deformation av ytan, motsatta sidan, inte bestrålas med UV, och ingen deformation av delen täckt med fotomasken observerades. Från ovanstående resultat, det visade sig att P3HCA uppvisar konvex deformation genom att expandera med avseende på UV på grund av cis-isomerisering.

Det finns inget annat exempel som är biobaserat och kan styra deformationen med avseende på UV-ljus. Dessutom, genom att belysa deformationsmekanismen för polycinnamat genom denna forskning, exakt kontroll av fotodeformerbarhet baserad på en tät polymerdesign kan förväntas. Det faktum att fotodeformerbarheten skiljer sig beroende på molekylens form, som prof. Kaneko förklarar:"även om de är samma beståndsdelar, deformationsbeteenden var olika. Dessa resultat stöder starkt korrelationen mellan strukturen och fysikaliska egenskaper hos de kanelbaserade polymererna, och denna studie blir det goda perspektivet för de biobaserade och fotoresponsiva polymererna." Dessutom, det kan förväntas i hög grad bidra till utvecklingen av nya material baserade på molekylär design.

Ytterligare framsteg inom biobaserat polycinnamat som fotodeformerbara material kommer förhoppningsvis att få oss närmare ett mer exakt kontrollerbart ställdon och ett hållbart samhälle.