Forskare har utvecklat de första materialen som permanent kan byta från fast till flytande, eller tvärtom, vid exponering för ljus vid rumstemperatur, och förbli i den nya fasen även efter att ljuset har tagits bort. Forskarna visade också att ljuset kan användas för att rita flytande mönster i ett fast material eller fasta mönster i ett flytande material, skapa stabila material som delvis är fasta och delvis flytande. De nya materialen har potentiella tillämpningar för 3D-utskrift, gjutning, och återvinning på begäran, bland andra användningsområden.

Forskarna, ledd av Brady Worrell, Christopher Bowman, och medförfattare vid University of Colorado, Flyttblock, har publicerat ett papper om materialet med fotograferingsbara faser i ett nyligen utgåva av Naturkommunikation .

Som vi ser i vardagen, konventionella material byter fas på grund av förändringar i temperatur eller tryck. Till exempel, fast is kan förvandlas till flytande vatten genom uppvärmning eller - mindre vanligt - genom att öka trycket (ett högre tryck sänker smältpunkten, vilket får isen att smälta vid kallare temperaturer än normalt).

Vissa polymerer, dock, är permanent fasta - även när de utsätts för extrema temperatur- eller tryckförändringar, de blir aldrig flytande. Dessa material, som kallas kovalent tvärbundna polymerer, kan modifieras så att en yttre stimulans som ljus eller värme får dem att växla från fast till flytande. Dock, detta är bara en tillfällig förändring, i vilken polymeren återgår till sin fasta form så snart stimulansen avlägsnas.

I den nya studien, forskarna presenterade två nya polymerer, en som börjar som en fast substans och kan omvandlas till vätska, och den andra som börjar som en vätska och kan omvandlas till ett fast ämne. Polymererna är de första materialen av något slag som kan genomgå en permanent fasförändring som svar på en annan stimulans än temperatur eller tryck (i detta fall ljus).

De fasta och flytande polymererna växlar båda fasen när de bestrålas av UV-ljus med en 365 nm våglängd i cirka fem minuter. Dock, ljuset påverkar de två materialen olika. Den flytande polymeren innehåller initialt en bas som främjar en stressavslappnande tiol-tioesterbytesreaktion, vilket får polymeren att verka som en vätska, men den fasta substansen innehåller inte initialt denna bas. När den fasta polymeren exponeras för ljus, ljuset släpper ut en katalysator som frigör basen, främja den stressavslappnande reaktionen och omvandla det fasta materialet till en vätska. Å andra sidan, när den flytande polymeren exponeras för ljus, ljuset släpper ut en annan katalysator som frigör syra, neutralisera basen och stoppa den stressavslappnande reaktionen, som omvandlar den flytande polymeren till ett fast ämne.

Genom att använda ljus istället för temperatur eller tryck för att styra fasförändringarna är det möjligt att utöva utsökt rumslig kontroll över dessa fasförändringar, tillåter forskarna att definiera separata fasta och flytande regioner i ett enda material. Att demonstrera, forskarna använde nanoimprint litografi för att designa en fotomask i form av en buffel (University of Colorado Boulder maskot). Genom att använda de två olika våglängderna av ljus, de kunde göra antingen en flytande buffel på en fast bakgrund eller en fast buffel på en flytande bakgrund. Trots att den består av både flytande och fast, materialet är stabilt och de flytande och fasta delarna förblir permanent separerade.

Forskarna förväntar sig att i framtiden, dessa förmågor kommer att öppna dörrarna till en mängd nya applikationer där polymerer används.

"I ett brett sammanhang, tiol-tioesterutbytet i nätverkspolymerer möjliggör omfattande tillämpning inom en mängd olika områden, "Berättade Worrell Phys.org . "Detta material överbryggar effektivt klyftan mellan termoplast och härdplast vid mycket låga driftstemperaturer, möjliggör återvinning, återanvändning eller återgjutning (termoplastiskt beteende) och on-demand-applicering på ett substrat (härdbeteende). Detta material kommer därför sannolikt att överklaga i smarta beläggningar som appliceras på begäran där miljöbelastningar begränsar effektiviteten. "

© 2018 Phys.org