Forskare upptäckte ett sätt att använda lågenergiljus för att manipulera fotopolymerer eller plastfilmer. Kredit:Florida State University
Ett team av forskare från Florida State University har upptäckt ett sätt att använda lågenergiljus för att manipulera fotopolymerer eller plastfilmer - ett fynd som har konsekvenser för ett brett utbud av teknologier som använder ljus som energikälla för att skapa formskiftande strukturer.
Forskningen är publicerad i tidskriften ACS Applied Polymer Materials och är ett gemensamt arbete av docenten i kemi och biokemi Ken Hanson och Justin Kennemur, och professor William Oates vid FAMU-FSU College of Engineering.
"Tanken är att vi vill utnyttja lågenergiljus och producera mekanisk kraft så effektivt som möjligt," sa Hanson.
Forskare över hela världen har arbetat med material som svarar på yttre stimuli som ljus, temperatur, magnetfält eller elektricitet. Dessa stimuli kan få ett material att ändra sin form, dess molekylära arrangemang eller dess mekaniska egenskaper och har använts i forskning inom robotik, rymdteknik, läkemedelsleverans och mer.
FSU:s forskarlag har varit särskilt intresserade av ljuskänsliga system för mekaniskt arbete, ett mindre studerat område.
Hittills har forskning inom det området visat att omvandlingen av ljus för detta ändamål ofta är energiskt ineffektiv och kräver ett högenergiljus för betydande resultat. Hanson, Kennemur och Oates ansåg att deras kombinerade expertis – Hanson är expert på solceller, Kennemur på polymersyntes och Oates på karakterisering och modellering av material – kan hjälpa dem att utveckla ett nytt tillvägagångssätt.
Deras forskargrupp samarbetade slutligen om en ny process som effektivt skördar lågenergiljus och använder det för att böja plastfilmer ungefär lika tjocka som tejp.
"Många polymerer har stabilitetsbegränsningar som resulterar i långsam nedbrytning när de utsätts för ultraviolett ljus med hög energi," sa Kennemur. "Att använda synligt ljus med lägre energi är ett utmärkt sätt att kringgå det här problemet."
FSU-teamet experimenterade med en fotopolymer baserad på den kemiska föreningen stilben. Stilbene i sig har begränsade tillämpningar, men det kan användas för att göra färgämnen, optiska vitmedel eller färglaser. Hanson, Kennemur och Oates applicerade en mekanism som kallas triplettsensibilisator på polymeren som gjorde att den kunde suga upp lågenergiljuset och omvandla det till högenergimekaniskt arbete.
När forskargruppen lyste svagt ljus mot de stilbenbaserade plastfilmerna såg de filmerna böjas som svar på energiöverföringen.
"Det är anmärkningsvärt hur lågenergifotoner för första gången kan manipulera stilben för att exakt kontrollera formen på en polymer med polariserat ljus", sa Oates.
Med tanke på detta proof of concept planerar forskarna att förfina denna process ytterligare i framtiden med hjälp av en mängd olika polymerstrukturer, ljusabsorberande nanostrukturer och avancerade modelleringsverktyg.
Andra bidragsgivare till denna uppsats är FSU-studenterna Drake Beery, Eugenia Stanisauskis, Grace McLeod, Gina Guillory och postdoktorn Anjan Das. + Utforska vidare
