Schematisk reaktionsöversikt. Tvåfärgsaktivering av en stabil cyklobutendion (UV-ljus) och rödskiftad orto-substituerad tetrakloridazobensen (orange ljus) möjliggör bildning av ligerad produkt vid polymertvärbindning. Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30002-6
QUT-forskare har använt skärande ljusstrålar för att kontrollera kemiska reaktioner i ett avancerat material, vilket banar väg för framtida användning i 3D-skrivare som skriver ut hela lager åt gången istället för enstaka punkter.
QUT:s tvärvetenskapliga forskargrupp, som består av Dr. Sarah Walden, Leona Rodrigues, Dr. Jessica Alves, docent James Blinco, Dr. Vinh Truong, och ARC Laureate Fellow Professor Christopher Barner-Kowollik, har publicerat sin forskning i Nature Communications .
Dr Walden sa att ljus var ett särskilt önskvärt verktyg för att aktivera kemiska processer, på grund av den precision som det erbjöd i att starta en reaktion.
"Det mesta av det arbete som forskare från QUT:s Soft Matter Materials Group har gjort tidigare med ljus har varit att använda en laserstråle för att starta och stoppa en kemisk reaktion längs hela volymen där ljuset träffar materialet", säger Dr Walden.
"I det här fallet har vi två olika färgade ljusstrålar, och reaktionen sker bara där de två strålarna skär varandra. Vi använder en ljusfärg för att aktivera en molekyl och den andra ljusfärgen för att aktivera en annan molekyl. Och där de två ljusstrålar möts, de två aktiverade molekylerna reagerar för att bilda ett fast material.
"Normalt, i en 3D-skrivare, rör sig bläckstrålen runt i två dimensioner, långsamt skriva ut ett 2D-lager innan det går upp för att skriva ut ytterligare ett lager ovanpå. Men med den här tekniken kan du aktivera ett helt tvådimensionellt ark och skriva ut hela arket på en gång."
Professor Barner-Kowollik sa att sådana tvåfärgsaktiverade material för närvarande är mycket sällsynta. "Detta projekt handlar om att bevisa bläckets livskraft för framtida generationer av skrivare", sa han.
Professor Barner-Kowollik, vars karriär är fokuserad på ljusets kraft och möjligheter inom materialvetenskap, belönades nyligen med Australiens högsta pris för kemi, 2022 års David Craig-medalje, tilldelad av Australian Academy of Science.
Professor Barner-Kowollik sa att en av utmaningarna med projektet var att hitta två molekyler som kunde aktiveras av två olika ljusfärger och sedan få dem att reagera tillsammans.
"Det är här innovationen kommer ifrån," sa professor Barner-Kowollik. "Du vill att en molekyl ska aktiveras med en färg av ljus men inte den andra färgen, och vice versa. Det är inte lätt att hitta, det är faktiskt ganska svårt att hitta."
Dr. Truong kunde efter mycket arbete hitta två molekyler som reagerade på ljuset på det sätt som krävs och kombinerade för att bilda ett mycket fast material.
"I vår kemiska design är båda ljusaktiverade processer reversibla," sa Dr Truong. "Därför kan vi kontrollera exakt när och var det fasta materialet kan bildas." + Utforska vidare
