Verdens hurtigste eksfoliering af materiale kan bruges til produktion af fotoaktuatorer

Forskere opdagede, mens man udforsker de fotomekaniske egenskaber af diarylethen, at krystallen af ​​forbindelsen under bestråling med UV-lys skaller af til mikrometerstore krystaller med en verdens hurtigste hastighed på 260 mikrosekunder. Da materialet vender tilbage til sin tidligere molekylære struktur, når det udsættes for synligt lys, eksfolieringsmetoden positionerer sig som en kandidat til fremstilling af fotoaktuatorer.

Se på ethvert stykke maskineri, og du vil se et komplekst netværk af bevægelige dele, eller aktuatorer, hver med sin egen funktion, alle arbejder sammen for et fælles mål. Fra dette perspektiv, måden de fleste maskiner adskiller sig på er i den måde, deres aktuatorer drives på:gravemaskiner er afhængige af komprimeret væske (hydraulisk), bremsesystemet i en bil bruger trykluft (pneumatisk), og en printer har elektricitet.

Hvad hvis de bevægelige dele af en maskine kunne drives af lys? En maskine, der består af fotoaktuatorer, behøver ikke direkte kontakt med strømkilden for at bevæge sig. Blandt dens mange mulige funktioner, det kunne manipuleres nøjagtigt på steder, hvor maskiner med elektriske ledninger eller kredsløb ikke kan - f.eks. menneskekroppens kapillærer.

"Problemet har været at manipulere et materiale med lys med den hastighed og størrelse, der er passende for fotomekaniske enheder, " siger kandidatstuderende Masato Tamaoki. Han var en del af en forskningsgruppe, ledet af professor Seiya Kobatake fra Graduate School of Engineering, Osaka City University, ved at bruge UV-lys på krystaller lavet af en forbindelse kaldet diarylethen, skrællede krystaller på størrelse med 2-4 mikrometer ved en hastighed på 260 mikrosekunder, gør det til verdens hurtigste eksfoliering af et fotomekanisk materiale. Deres resultater blev offentliggjort online i Krystalvækst og design af American Chemical Society den 19. april, 2021.

"Mit laboratorium har udforsket de fotomekaniske egenskaber af diarylethen i mange år nu, " siger professor Kobatake. De fandt ud af, at under UV-lys, molekylerne i forbindelsen udviste adfærd såsom ekspansion/sammentrækning, bøjning, vridning og afskalning. "Der var kun to eksempler på skrælningsadfærd, gør det til en meget sjælden bevægelse, " siger hr. Tamaoki, "vi fokuserede på dette problem ved at eksperimentere med krystalstørrelse og fotobestrålingsforhold."

De fandt ud af, at under belastningen af ​​UV-lys penetrerer relativt al diarylethen, det ville skifte til en blå farve og revne. Imidlertid, hvis lyset var fokuseret i nærheden af ​​krystallen, afskalning af den eksponerede sektion forekom med overraskende 260 mikrosekunder. Sammenligner man dette med tidligere registrerede målinger på 10 sekunder til 10 sekunder, "Vi er meget glade for at have opdaget verdens hurtigste, fotoreversibel eksfolieringsadfærd, som forventes at blive en ny fremstillingsmetode for fotoaktuatormaterialer, " siger hr. Tamaoki.