Lyst og sejt:Et materiale, der heler sig selv og gløder

Et forskerhold ved RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) er lykkedes med at udvikle et selvhelbredende materiale, der også er i stand til at udsende en høj mængde fluorescens, når det absorberer lys. Forskningen, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , kunne lede vejen til skabelsen af ​​nye materialer såsom organiske solceller, der er mere holdbare end nuværende typer.

I 2019 copolymeriserede Zhaomin Hou og hans team hos RIKEN CSRS succesfuldt ethylen og anisylpropylen ved hjælp af en sjælden jordartsmetalkatalysator. Den resulterende binære copolymer udviste bemærkelsesværdige selvhelbredende egenskaber mod beskadigelse. Copolymerens bløde komponenter, alternerende enheder af ethylen og anisylpropylen, kombineret med hårde krystallinske enheder af ethylen-ethylenkæder, fungerede som fysiske tværbindingspunkter og dannede en nano-fasesepareret struktur, der viste sig at være afgørende for selvhelbredelse.

Med udgangspunkt i denne succes inkorporerede de en selvlysende enhed, styrylpyren, i en monomer og dannede derefter polymerer, der også omfattede anisylpropylen og ethylen. Denne proces førte til syntesen, i et enkelt trin, af et selvhelbredende materiale med fluorescensegenskaber.

"Fluorescerende materialer er meget nyttige, da de kan bruges til organiske lysemitterende dioder (OLED'er), organiske felteffekttransistorer (OFET'er) og solceller. Et af hovedproblemerne ved disse materialer er dog deres korte levetid i løbet af vores nye materiale kan forventes at give længere levetid for produkterne og øget pålidelighed," siger Masayoshi Nishiura, Hous samarbejdspartner for denne undersøgelse.

Der var en ekstra overraskelse. Den resulterende copolymer viste sig ikke kun at være sej, men udviste også selvhelbredende uden ydre stimuli eller energi. Dens trækstyrke genfandt sig fuldt ud inden for 24 timer, hvilket viser en høj selvhelbredende hastighed sammenlignet med binære copolymerer. Materialet var i stand til at selvhelende selv i vand, sure og alkaliske opløsninger, hvilket gav det potentielle anvendelser i en række forskellige miljøer.

Copolymerens netværksstruktur, som involverer fysiske tværbindingspunkter dannet af styrylpyrenenhederne og krystallinske ethylen-ethylen nanodomæner og bløde segmenter sammensat af de alternerende enheder, lettede selvreparationen.

Materialet viste også en ekstra egenskab. Forskerholdet var i stand til at overføre et todimensionelt billede til den fluorescerende selvhelbredende film gennem fotolitografi. Selvom billedet forblev usynligt under naturligt lys, blev det genkendeligt under ultraviolet lys, hvilket tyder på potentielle anvendelser for filmen som en informationslagringsenhed. Filmen bibeholdt sine fremragende selvhelbredende og elastomere egenskaber selv med billederne.

"Det materiale, vi syntetiserede, gennem en et-trins reaktion, gav os muligheden for at kontrollere dets optiske og mekaniske egenskaber ved at justere sammensætningen af ​​monomeren. Vi tror, ​​det kunne bidrage væsentligt til udviklingen af ​​nye funktionelle materialer med høj selvhelbredelse. evner i forskellige praktiske miljøer," siger Hou.

Flere oplysninger: Lin Huang et al., Synthesis of Tough and Fluorescent Self-Healing Elastomers by Scandium-Catalyzed Terpolymerization of Pyrenylethenylstyren, Ethylen, and Anisylpropylene, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c12342

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af RIKEN