Une équipe de chercheurs de la Florida State University a découvert un moyen d’utiliser la lumière à faible énergie pour manipuler des photopolymères ou des films plastiques – une découverte qui a des implications pour un large éventail de technologies qui utilisent la lumière comme source d’énergie pour créer des structures qui changent de forme.
La recherche est publiée dans la revue Matériaux polymères appliqués ACS et est un travail conjoint des professeurs associés de chimie et de biochimie Ken Hanson et Justin Kennemur, et du professeur William Oates du FAMU-FSU College of Engineering.
« L’idée est que nous voulons exploiter la lumière à faible énergie et produire une force mécanique aussi efficacement que possible », a déclaré Hanson.
Des chercheurs du monde entier ont travaillé sur des matériaux qui réagissent à des stimuli externes tels que la lumière, la température, les champs magnétiques ou l’électricité. Ces stimuli peuvent amener un matériau à modifier sa forme, son arrangement moléculaire ou ses propriétés mécaniques et ont été utilisés dans la recherche en robotique, en génie aérospatial, en administration de médicaments, etc.
L’équipe de recherche de la FSU s’est particulièrement intéressée aux systèmes sensibles à la lumière pour le travail mécanique, un domaine moins étudié.
Jusqu’à présent, les recherches dans ce domaine ont montré que la conversion de la lumière à cette fin est souvent énergétiquement inefficace et nécessite une lumière à haute énergie pour des résultats significatifs. Hanson, Kennemur et Oates ont estimé que leur expertise combinée – Hanson est un expert des cellules solaires, Kennemur de la synthèse des polymères et Oates de la caractérisation et de la modélisation des matériaux – pourrait les aider à développer une nouvelle approche.
Leur équipe de recherche a finalement collaboré sur un nouveau processus qui récolte efficacement la lumière à faible énergie et l’utilise pour plier des films plastiques de l’épaisseur d’un ruban adhésif.
« De nombreux polymères ont des limitations de stabilité qui entraînent une dégradation lente lorsqu’ils sont exposés à une lumière ultraviolette à haute énergie », a déclaré Kennemur. « L’utilisation de la lumière visible à faible énergie est un excellent moyen de contourner ce problème. »
L’équipe FSU a expérimenté un photopolymère basé sur le composé chimique stilbène. Le stilbène en lui-même a des applications limitées, mais il peut être utilisé pour fabriquer des colorants, des azurants optiques ou des lasers à colorant. Hanson, Kennemur et Oates ont appliqué un mécanisme appelé sensibilisateur triplet au polymère qui lui a permis d’absorber la lumière à basse énergie et de la convertir en travail mécanique à haute énergie.
Lorsque l’équipe de recherche a projeté une faible lumière sur les films plastiques à base de stilbène, ils ont vu les films se plier en réponse au transfert d’énergie.
« Il est remarquable de voir comment, pour la première fois, des photons à faible énergie peuvent manipuler le stilbène pour contrôler avec précision la forme d’un polymère avec une lumière polarisée », a déclaré Oates.
Compte tenu de cette preuve de concept, les chercheurs prévoient d’affiner ce processus à l’avenir en utilisant une variété de structures polymères, de nanostructures absorbant la lumière et d’outils de modélisation avancés.
Les autres contributeurs à cet article sont les étudiants de la FSU Drake Beery, Eugenia Stanisauskis, Grace McLeod, Gina Guillory et le chercheur postdoctoral Anjan Das.
Drake Beery et al, Permettre la récolte de lumière à faible énergie dans les polymères photomécaniques à base de stilbène via la sensibilisation triplet, Matériaux polymères appliqués ACS (2022). DOI : 10.1021/acsapm.2c00660