Ett team som leds av FAMU-FSU College of Engineering-forskare har ny insikt i molekyler som förändrar deras form som svar på ljus.

Forskarna som studerade azobensenbaserade polymerer fann att deras fria volym-ett mått på utrymmet mellan polymerkedjor-var starkt kopplat till polymerernas förmåga att omvandla synlig ljusstrålning till mekanisk energi.

Resultaten publicerades i Avancerade funktionella material .

"Om du sätter ett gäng människor i en hiss, det är verkligen svårt att komma ut, "sa seniorförfattaren Billy Oates, Cummins Inc. Professor i maskinteknik vid FAMU-FSU College of Engineering. "Men om du har tillräckligt med utrymme emellan, du kan röra dig. Det är vad vi hittade, att utrymmet mellan massan av polymermolekyler gör skillnad. "

Azobensen är en kemisk förening som kan fotograferas. Det betyder elektromagnetisk strålning - i synnerhet ultraviolett och synligt ljus - kan förändra en molekyls geometri och kemiska egenskaper.

Ett nätverk av azobensenpolymerer ser ut som en massa strängar av spagetti hopklumpade. När ljuset når nätverket, det gör att vissa molekyler blir kortare och ändras från en stavform till en boomerangform.

Tidigare studier har undersökt den fotomekaniska naturen hos azobensen, men detta arbete var det första att kvantifiera bulkenergiomvandlingen för ett system av azobensenpolymerer i molekylskala. Forskare fann att ljus-till-mekanisk energiomvandlingsförhållande växte 10 gånger större när den fria volymen ökade från 0,5 procent till 12 procent.

Som en annan del av detta arbete, forskarna utvecklade också en ny grovkornig modell för att förklara hur azobensenpolymererna interagerar. Grovkorniga modeller är ett sätt att förenkla beteendet hos stora, komplexa molekylsystem med minimal förlust av information så att forskare kan utföra simuleringar som annars vore omöjliga med fint detaljerade molekylära modeller.

Forskningen kan leda till ny teknik för smart material. Till exempel, istället för att använda ledningar för att flytta el, ingenjörer kan använda ljus för att fjärrstyra maskinkomponenter. En möjlig tillämpning kan vara en metod för att flytta de många speglarna som ingår i en uppsättning vid ett solvärmeverk.

"Du behöver inte oroa dig för röriga elektriska ledningar, "Oates sa." Du behöver bara en siktlinje för att få ljuset i systemet. Det är den största chansen här, utvecklingen av ett nytt sätt att aktivera material och strukturer med ljus. "