Skin et lys:Ny forskning viser, hvordan lavenergilys kan bøje plastik

Et hold af Florida State University-forskere har afsløret en måde at bruge lavenergilys til at manipulere fotopolymerer eller plastfilm - et fund, der har konsekvenser for en lang række teknologier, der bruger lys som energikilde til at skabe formskiftende strukturer.

Forskningen er publiceret i tidsskriftet ACS Applied Polymer Materials og er et fælles arbejde af lektorer i kemi og biokemi Ken Hanson og Justin Kennemur og FAMU-FSU College of Engineering Professor William Oates.

"Ideen er, at vi ønsker at udnytte lavenergilys og producere mekanisk kraft så effektivt som muligt," sagde Hanson.

Forskere verden over har arbejdet på materialer, der reagerer på ydre stimuli såsom lys, temperatur, magnetiske felter eller elektricitet. Disse stimuli kan få et materiale til at ændre dets form, dets molekylære arrangement eller dets mekaniske egenskaber og er blevet brugt i forskning inden for robotteknologi, rumfartsteknik, medicinafgivelse og mere.

FSU's forskerhold har især været interesseret i lysfølsomme systemer til mekanisk arbejde, et mindre undersøgt område.

Hidtil har forskning på dette område vist, at konverteringen af ​​lys til dette formål ofte er energimæssigt ineffektiv og kræver et højenergilys for at opnå signifikante resultater. Hanson, Kennemur og Oates mente, at deres kombinerede ekspertise – Hanson er ekspert i solceller, Kennemur i polymersyntese og Oates i karakterisering og modellering af materialer – kunne hjælpe dem med at udvikle en ny tilgang.

Deres forskerhold samarbejdede i sidste ende om en ny proces, der effektivt høster lavenergilys og bruger det til at bøje plastikfilm omkring tykkelsen af ​​Scotch-tape.

"Mange polymerer har stabilitetsbegrænsninger, der resulterer i langsom nedbrydning, når de udsættes for højenergi ultraviolet lys," sagde Kennemur. "Brug af synligt lys med lavere energi er en fantastisk måde at omgå dette problem på."

FSU-holdet eksperimenterede med en fotopolymer baseret på den kemiske forbindelse stilben. Stilbene i sig selv har begrænsede anvendelser, men det kan bruges til at lave farvestoffer, optiske blegemidler eller farvelasere. Hanson, Kennemur og Oates anvendte en mekanisme kaldet en triplet-sensibilisator på polymeren, som gjorde det muligt for den at opsuge lavenergilyset og omdanne det til højenergimekanisk arbejde.

Da forskerholdet kastede svagt lys mod de stilben-baserede plastikfilm, så de filmene bøje sig som reaktion på energioverførslen.

"Det er bemærkelsesværdigt, hvordan lavenergifotoner for første gang kan manipulere stilben for præcist at kontrollere formen af ​​en polymer med polariseret lys," sagde Oates.

Med dette proof of concept planlægger forskerne at forfine denne proces yderligere i fremtiden ved hjælp af en række polymerstrukturer, lysabsorberende nanostrukturer og avancerede modelleringsværktøjer.

Andre bidragydere til dette papir er FSU-studerende Drake Beery, Eugenia Stanisauskis, Grace McLeod, Gina Guillory og postdoc-forsker Anjan Das. + Udforsk yderligere

Forskere finder, at plads mellem polymerkæder påvirker energiomdannelsen