Υλικό που αντιδρά στο φως αλλάζοντας τη δομή του

Υλικό που αντιδρά στο φως αλλάζοντας τη δομή του

mit/Felice Frankel

Ερευνητές του ΜΙΤ σχεδίασαν ένα πολυμερές υλικό που μπορεί να αλλάζει τη δομή του αντιδρώντας στο φως, μετατρεπόμενο από σκληρό σε μαλακό, που μπορεί να αυτθεραπεύεται όταν υφίσταται ζημιές.

«Μπορείς να εναλλάσσεις τις καταστάσεις του υλικού, και σε καθεμία από αυτές, το υλικό λειτουργεί σαν να ήταν εντελώς διαφορετικό, ακόμα και αν αποτελείται από τα ίδια συστατικά» λέει ο Τζερεμάια Τζόνσον, αναπληρωτής καθηγητής Χημείας στο ΜΙΤ και επικεφαλής της ομάδας των ερευνητών.

Όπως αναφέρει το MIT News, το υλικό αποτελείται από πολυμερή που είναι προσκολλημένα σε ένα φωτοευαίσθητο μόριο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιείται για να μεταβάλλει τους δεσμούς που σχηματίζονται εντός του υλικού. Τέτοιου είδους υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως επικαλύψεις αυτοκινήτων ή δορυφόρων, παρέχοντάς τους τη δυνατότητα να θεραπεύονται αφού έχουν υποστεί ζημιές, αν και τέτοιες εφαρμογές είναι ακόμα αρκετά μακριά στο μέλλον.

Πολλές από τις ιδιότητες των πολυμερών, όπως η ακαμψία τους και η δυνατότητά τους να διαστέλλονται, ελέγχονται από την τοπολογία τους- το πώς είναι η διάταξη των συστατικών του υλικού. Συνήθως, όταν ένα υλικό σχηματίζεται, η τοπολογία του δεν μπορεί να μεταβληθεί αναστρέψιμα- πχ μια λαστιχένια μπάλα παραμένει ελαστική και δεν μπορεί να γίνει σκληρή χωρίς να αλλάξει η χημική της σύσταση.

MIT/DEMIN LIU/MOLGRAPHICS

Στο σχετικό paper, οι ερευνητές ήθελαν να δημιουργήσουν ένα υλικό που θα μπορούσε να εναλλάσσεται αναστρέψιμα μεταξύ δύο τοπολογικών καταστάσεων, κάτι που δεν είχε γίνει ξανά στο παρελθόν. Ο Τζόνσον και οι συνάδελφοί του αντιλήφθηκαν πως ένα είδος υλικού που είχαν σχεδιάσει πριν λίγα χρόνια (polyMOCs- polymer metal-organic cages) αποτελούσε πολλά υποσχόμενο υποψήφιο για αυτή την προσέγγιση.

Τα polyMOCs αποτελούνται από δομές που θυμίζουν κλουβιά, περιέχουσες μέταλλο, οι οποίες συνδέονται από εύκαμπτους πολυμερείς συνδέσμους. Οι ερευνητές δημιούργησαν αυτά τα υλικά αναμειγνύοντας πολυμερή συνημμένα σε ομάδες (συνδέτες) που μπορούν να συνδέονται σε άτομα μετάλλων. Το κάθε άτομο μετάλλου- επί της προκειμένης, παλλάδιο- μπορεί να δημιουργεί δεσμούς με τέσσερα μόρια- συνδέτες, δημιουργώντας συμπλέγματα- «κλουβιά», με διαφορετικές αναλογίες, οι οποίες και καθορίζουν το μέγεθος των κλουβιών.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές ανέλαβαν να δημιουργήσουν ένα υλικό το οποίο θα μπορούσε να εναλλάσσεται αναστρέψιμα μεταξύ δύο κλουβιών διαφορετικών μεγεθών. Για να το κάνουν αυτό, ενσωμάτωσαν ένα φωτοευαίσθητο μόριο (DTE), το οποίο, όταν εκτίθεται σε υπεριώδες φως, σχηματίζει έναν δακτύλιο στο συνδέτη, που αυξάνει το μέγεθος της γωνίας με την οποία το άζωτο συνδέεται με το παλλάδιο. Αυτό κάνει τα συμπλέγματα να σπάνε και να σχηματίζονται μεγαλύτερα συμπλέγματα. Όταν οι ερευνητές φωτίζουν με πράσινο φως, ο δακτύλιος διασπάται, η γωνία μικραίνει και τα μικρότερα συμπλέγματα σχηματίζονται ξανά. Η διαδικασία αυτή χρειάζεται πέντε ώρες για να ολοκληρωθεί, και οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να κάνουν την αντιστροφή αυτή μέχρι και επτά φορές, καθώς σε κάθε αντιστροφή ένα μικρό ποσοστό των πολυμερών αδυνατούν να «επιστρέψουν».

Οι ερευνητές δουλεύουν επίσης πάνω σε υλικά που μπορούν να μεταβαίνουν αναστρέψιμα από στερεή κατάσταση σε υγρή, και στη χρήση φωτός για τη δημιουργία μαλακών και άκαμπτων τομέων στο ίδιο υλικό.