En forskargrupp vid RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) har lyckats utveckla ett självläkande material som också kan avge en hög mängd fluorescens när ljus absorberas. Forskningen, publicerad i Journal of the American Chemical Society , skulle kunna leda vägen till skapandet av nya material som organiska solceller som är mer hållbara än nuvarande typer.
2019 sampolymeriserade Zhaomin Hou och hans team på RIKEN CSRS framgångsrikt eten och anisylpropen med hjälp av en katalysator av sällsynt jordartsmetall. Den resulterande binära sampolymeren uppvisade anmärkningsvärda självläkande egenskaper mot skador. Sampolymerens mjuka komponenter, alternerande enheter av eten och anisylpropen, tillsammans med hårda kristallina enheter av eten-etenkedjor, fungerade som fysiska tvärbindningspunkter och bildade en nano-fasseparerad struktur som visade sig vara avgörande för självläkning.
Byggande på denna framgång införlivade de en självlysande enhet, styrylpyren, i en monomer och bildade sedan polymerer som även inkluderade anisylpropen och eten. Denna process ledde till syntesen, i ett enda steg, av ett självläkande material med fluorescensegenskaper.
"Fluorescerande material är mycket användbara, eftersom de kan användas för organiska ljusemitterande dioder (OLED), organiska fälteffekttransistorer (OFETs) och solceller. Ett av de största problemen med dessa material är dock deras korta livslängd under Vårt nya material kan förväntas ge längre livslängd för produkterna och ökad tillförlitlighet", säger Masayoshi Nishiura, Hous samarbetspartner för denna studie.
Det kom en extra överraskning. Den resulterande sampolymeren visade sig inte bara vara seg, utan uppvisade också självläkande utan yttre stimuli eller energi. Dess draghållfasthet återhämtade sig helt inom 24 timmar, vilket visar en hög självläkningshastighet jämfört med binära sampolymerer. Materialet kunde självläka även i vatten, sura och alkaliska lösningar vilket gav det potentiella användningsområden i en mängd olika miljöer.
Sampolymerens nätverksstruktur, som innefattar fysiska tvärbindningspunkter som bildas av styrylpyrenenheterna och kristallina eten-eten nanodomäner och mjuka segment sammansatta av de alternerande enheterna, underlättade självreparationen.
Materialet visade också en extra egenskap. Forskargruppen lyckades överföra en tvådimensionell bild till den fluorescerande självläkande filmen genom fotolitografi. Även om bilden förblev osynlig under naturligt ljus, blev den igenkännbar under ultraviolett ljus, vilket tyder på potentiella tillämpningar för filmen som en informationslagringsenhet. Filmen bibehöll sina utmärkta självläkande och elastomera egenskaper även med bilderna.
"Materialet vi syntetiserade, genom en enstegsreaktion, gav oss möjligheten att kontrollera dess optiska och mekaniska egenskaper genom att justera sammansättningen av monomeren. Vi tror att det kan bidra väsentligt till utvecklingen av nya funktionella material med hög självläkning kapacitet i olika praktiska miljöer", säger Hou.
Mer information: Lin Huang et al, Synthesis of Tough and Fluorescent Self-Healing Elastomers by Scandium-Catalyzed Terpolymerization of Pyrenylethenylstyrene, Ethylene, and Anisylpropylene, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c12342
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av RIKEN
