Fotoudvidelse:Biobaserede polyestere hård film

Polymerer, der udviser deres funktioner ved lys, er blevet undersøgt i et par årtier, fordi de muliggør miniaturisering af enheder, energibesparelse, og præcis signalstyring. Polymerer baseret på azobensen, diarylethen, osv. er pionererne, og mange eksempler på lysdrevne motorer og kunstige muskler er blevet rapporteret. På den anden side, kanelsyre, som er en bestanddel af lignin i naturligt træ, udviser også funktionen ved ultraviolette (UV) stråler, så det er blevet anvendt på polymerer. Deformationsmekanismen for disse cinnamatbaserede polymerer er ikke blevet afklaret, fordi de to reaktioner af cis-trans-isomerisering med dobbeltbinding og [2+2] cycloaddition forekommer næsten samtidigt. Da mekanismen ikke er afklaret, dets anvendelse som fotodeformerbart materiale har ikke fået så meget opmærksomhed som ovennævnte azobensen og diarylethen.

For at løse disse spørgsmål, et team af forskere fra Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) undersøger fotobøjningsmekanisme for biobaserede polycinnametfilm. Deres seneste undersøgelse, udgivet i ACS -anvendte materialer og grænseflader , blev ledet af professor Tatsuo Kaneko og adjunkt Kenji Takada involverede også professor Hideyuki Murata, Lektor Kosuke Okeyoshi, og forskningsassistent professor Amit Kumar.

I dette studie, polyestere blev syntetiseret baseret på kumarater, hvor hydroxylgrupper blev substitueret i aromaterne af cinnamat. Blandt dem, dem, der viser fotodeformerbarhed, var poly (3-hydroxycinnaminsyre) (P3HCA) og poly (3, 4-dihydroxycinnaminsyre) (PdHCA). Selvom begge film havde en cinnamate -enhed, P3HCA viste konveks deformation med hensyn til en UV -kilde, og PdHCA viste konkav deformation, henholdsvis. Disse forskelle blev analyseret ved forskellige spektrale analyser. Først, når fluorescens levetid blev målt, det blev konstateret, at der er to ophidsede tilstande i P3HCA. Næste, ved tidsopløst infrarød (IR) spektroskopisk måling, absorptionen af ​​dobbeltbindingen i cinnamatenheden blev sporet fra ændringen i IR -spektret under UV -bestråling.

I tilfælde af P3HCA, det blev bekræftet, at absorptionen af ​​cis-dannet -CH =CH-binding blev forøget ved at øge UV-bestrålingstiden. På den anden side, i PdHCA, ingen ændring i absorptionen af ​​cis-dannet -CH =CH- blev bekræftet. For at bevise disse fotoudvidelser, et eksperiment blev udført, hvor en P3HCA film var dækket med en fotomask og UV -stråler blev bestrålet ovenfra. Når den fritstående film blev bestrålet med UV gennem en fotomask, den ikke-bestrålede overflade viste også en deformation. Derfor, når der blev udført et bestrålingseksperiment med P3HCA -filmen overtrukket på glassubstratet, der var ingen deformation af overfladen, modsatte side, ikke bestrålet med UV, og der blev ikke observeret nogen deformation af den del, der var dækket af fotomasken. Ud fra ovenstående resultater, det blev fundet, at P3HCA udviser konveks deformation ved at ekspandere med hensyn til UV på grund af cis -isomerisering.

Der er ikke noget andet eksempel, der er biobaseret og kan kontrollere deformationen med hensyn til UV-lys. Ud over, ved at belyse deformationsmekanismen for polycinnamater gennem denne forskning, præcis kontrol af fotodeformerbarhed baseret på et tæt polymerdesign kan forventes. Det faktum, at fotodeformerbarheden varierer afhængigt af molekylets form, som prof. Kaneko forklarer:"selvom de er de samme bestanddele, deformationsadfærd var anderledes. Disse resultater understøtter stærkt sammenhængen mellem strukturen og de fysiske egenskaber af de cinnamatbaserede polymerer, og denne undersøgelse bliver det gode perspektiv for de biobaserede og fotoresponsive polymerer. "Derudover, det kan forventes at i høj grad bidrage til udviklingen af ​​nye materialer baseret på molekylært design.

Yderligere fremskridt inden for biobaseret polycinnamat som fotodeformerbare materialer vil forhåbentlig bringe os tættere på mere præcist kontrollerbar aktuator og et bæredygtigt samfund.