Ein Team von Forschern der Florida State University hat einen Weg gefunden, mit energiearmem Licht Photopolymere oder Kunststofffolien zu manipulieren – eine Erkenntnis, die Auswirkungen auf eine Vielzahl von Technologien hat, die Licht als Energiequelle verwenden, um formveränderliche Strukturen zu erzeugen.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht ACS Angewandte Polymermaterialien und ist eine gemeinsame Arbeit der außerordentlichen Professoren für Chemie und Biochemie Ken Hanson und Justin Kennemur und des FAMU-FSU College of Engineering-Professors William Oates.
„Die Idee ist, dass wir energiearmes Licht nutzen und so effizient wie möglich mechanische Kraft erzeugen wollen“, sagte Hanson.
Weltweit arbeiten Forscher an Materialien, die auf äußere Reize wie Licht, Temperatur, Magnetfelder oder Elektrizität reagieren. Diese Reize können dazu führen, dass ein Material seine Form, seine molekulare Anordnung oder seine mechanischen Eigenschaften ändert, und wurden in der Forschung in den Bereichen Robotik, Luft- und Raumfahrttechnik, Arzneimittelabgabe und mehr verwendet.
Das Forschungsteam der FSU interessierte sich besonders für auf Licht reagierende Systeme für mechanische Arbeiten, ein weniger untersuchtes Gebiet.
Bisherige Forschungen auf diesem Gebiet hatten gezeigt, dass die Umwandlung von Licht für diesen Zweck oft energetisch ineffizient ist und für signifikante Ergebnisse ein hochenergetisches Licht erfordert. Hanson, Kennemur und Oates waren der Meinung, dass ihr kombiniertes Fachwissen – Hanson ist Experte für Solarzellen, Kennemur für Polymersynthese und Oates für die Charakterisierung und Modellierung von Materialien – ihnen helfen könnte, einen neuen Ansatz zu entwickeln.
Ihr Forschungsteam arbeitete schließlich an einem neuen Verfahren, das effektiv energiearmes Licht erntet und es verwendet, um Kunststofffolien mit der Dicke von Klebeband zu biegen.
„Viele Polymere haben Stabilitätsbeschränkungen, die zu einem langsamen Abbau führen, wenn sie hochenergetischem ultraviolettem Licht ausgesetzt werden“, sagte Kennemur. „Die Verwendung von energieärmerem sichtbarem Licht ist eine großartige Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen.“
Das FSU-Team experimentierte mit einem Photopolymer auf Basis der chemischen Verbindung Stilben. Stilben selbst hat begrenzte Anwendungen, kann aber zur Herstellung von Farbstoffen, optischen Aufhellern oder Farbstofflasern verwendet werden. Hanson, Kennemur und Oates wandten einen Mechanismus namens Triplett-Sensibilisator auf das Polymer an, der es ihm ermöglichte, das niederenergetische Licht aufzusaugen und es in hochenergetische mechanische Arbeit umzuwandeln.
Als das Forschungsteam die Kunststofffolien auf Stilbenbasis mit schwachem Licht beleuchtete, sahen sie, wie sich die Folien als Reaktion auf die Energieübertragung verbogen.
„Es ist bemerkenswert, wie niederenergetische Photonen zum ersten Mal Stilben manipulieren können, um die Form eines Polymers mit polarisiertem Licht präzise zu steuern“, sagte Oates.
Angesichts dieses Proof of Concept planen die Forscher, diesen Prozess in Zukunft weiter zu verfeinern, indem sie eine Vielzahl von Polymerstrukturen, lichtabsorbierenden Nanostrukturen und fortschrittlichen Modellierungswerkzeugen verwenden.
Weitere Beiträge zu diesem Artikel leisten die FSU-Studenten Drake Beery, Eugenia Stanisauskis, Grace McLeod, Gina Guillory und der Postdoktorand Anjan Das.
Drake Beery et al, Ermöglichung der Lichternte bei niedrigerer Energie in Stilben-basierten photomechanischen Polymeren durch Triplett-Sensibilisierung, ACS Angewandte Polymermaterialien (2022). DOI: 10.1021/acsapm.2c00660