Oprettelse af mønstre spontant i syntetiske materialer

Naturen producerer en forbløffende række af mønstrede materialer, fra de følsomme kamme på en persons fingerspids til en gepard's camouflerende pletter. Selvom naturens mønstre opstår spontant under udviklingen, at skabe mønstre på syntetiske materialer er mere besværligt. Nu, forskere, der rapporterer i ACS Central Science har fundet en nem måde at fremstille mønstrede materialer med komplekse mikrostrukturer med variationer i mekaniske, termiske og optiske egenskaber - uden behov for masker, forme eller printere.

Hos dyr, mønstre dannes før fødslen som reaktion på genetisk kontrollerede signaler, der ofte varierer i koncentration langs en gradient. I modsætning, traditionelle fremstillingsmetoder til at skabe mønstre og strukturer involverer flere trin, såsom lag-for-lag-samling, litografi, støbning eller støbning. Jeffrey Moore, Nancy Sottos, Philippe Geubelle og kolleger ønskede at udvikle en spontan mønstermetode, der mere ligner den biologiske proces.

Holdet placerede en opløsning af dicyclopentadienmonomer i en kanal og opvarmede derefter den ene ende af kanalen. Varmen aktiverede en rutheniumkatalysator, som fik monomeren til at polymerisere, generere mere varme, der rejste ned ad kanalen. Dette fortsatte med at ske, indtil al tilgængelig monomer i regionen var forbrugt. Til sidst, varme rejste længere ned ad kanalen til et sted, hvor frisk monomer var til stede, og processen begyndte igen.

Med denne teknik, holdet producerede harpikser med regelmæssige kamme, og de kontrollerede højden og afstanden mellem højderyggene ved at justere opløsningens begyndelsestemperatur. Ved at bruge en anden monomer eller tilsætte andre forbindelser til opløsningen, forskerne skabte materialer med farvemønstre og stivhed. Den nye metode kunne en dag bruges til at skabe en række nye "smarte" materialer, fra dæk- eller skoslidbaner til elektronik og biomaterialer, siger forskerne.