Belysning af måden at skifte kemiske reaktionsveje

Kunne fremstillingen af ​​de integrerede kredsløb og chips til vores daglige elektroniske enheder gøres enklere, sikrere og billigere simpelthen ved at kunne tænde og slukke farvet lys?

Forskere fra Queensland University of Technology (QUT), Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og Ghent University er gået i retning af dette ved at være banebrydende i et system, der modulerer synlige, farvet lys for at ændre reaktionerne af et kraftfuldt kemisk koblingsmiddel.

Deres resultater er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

• Forskere brugte grønt laserlys til at kontrollere reaktiviteten af ​​triazolinediones (TAD'er), koblingsmidler, der hurtigt skaber bindinger med andre kemikalier, nødvendigt for at lave materialer
• Under grønt lys stoppede TAD'erne med at reagere; da lyset var slukket, TAD'erne blev meget reaktive igen
• Lysskifteprocessen kunne gentages flere gange
• Eksperimentet viste, at to forskellige produkter kan oprettes fra den samme opsætning ved blot at tænde og slukke farvet lys

Professor Barner-Kowollik, fra QUT's Science and Engineering Faculty, og Ghent Universitets professor Filip Du Prez co-superviserede det kollaborative internationale forskningsprojekt. Hovedforfatter Hannes Houck gennemfører ph.d. -studier på tværs af de tre partnerinstitutioner, støttet af Research Foundation-Flanders (FWO).

Professor Barner-Kowollik sagde, at muligheden for at bruge synligt lys som en fjernstyret on/off kemisk reaktionsafbryder åbnede muligheder for fremtidige industrielle applikationer inden for kemisk og avanceret fremstilling, herunder fremstilling af computerchips.

"I øjeblikket, ultraviolet (UV) lys, som har kortere bølgelængder end lys i det synlige spektrum, bruges i industrien til at drive kemiske processer, " han sagde.

"Industrielle processer, der gør brug af mindre skadeligt synligt lys, er knappe - en skarp kontrast til, hvad der sker i naturen.

"For planter, synligt lys spiller en kritisk rolle i kemiske processer. Træer høster lys i løbet af dagen og bruger dette som energikilde til at vokse, frigiver ilt i processen. Om natten, imidlertid, når lys ikke længere er tilgængeligt, den kemiske proces ændres, og planter frigiver kuldioxid.

"Vi har været inspireret af sådanne naturlige processer og designet et helt lysskifteligt kemisk reaktionssystem for første gang."

Forskergruppen sagde, at deres system kan anvendes til at skabe lysfølsomme materialer til 3D-laserlitografi, muliggør udskrivning af meget små strukturer, der kan bruges til f.eks. fremstilling af computerchips. 3D laserlitografi er en type 3D -print med direkte laserlys, og bruges til at skabe meget præcise strukturer i mikroområdet, såsom stilladser til celler.

QUT udforsker 3D -laserlitografi -applikationer med førende KIT -fysiker professor Martin Wegener.

"Moderne chipfabrikation er en kompleks, og dyrt, system af kemiske processer, "Professor Barner-Kowollik sagde." Her, på grund af den såkaldte lysdiffraktionsgrænse, stråling med korte bølgelængder - hvilket er meget hårdt UV -lys - bruges.

"Men hvad nu hvis vi kunne bruge synligt lys til reversibelt at skifte visse kemiske processer og komme uden om lysdiffraktionsgrænsen og udskrive meget, meget små strukturer, for eksempel fem nanometer bredt?

"At kunne skifte kemisk reaktivitet inden for 3D -laserlitografi kan revolutionere chipudskrivning, og gør det billigere, enklere og sikrere.

"Der er betydelige barrierer at overvinde, men muligvis kan det system, vi har udtænkt med synligt lys som en kemisk deaktiveringsmekanisme, give en mulighed for at opnå det. "