Forskere kaster lys over, hvordan man gør fotopolymerisering meget mere effektiv

Forskere ved University of California, Santa Barbara, har sammen med kolleger ved Boston University opdaget en måde at forbedre effektiviteten af ​​fri radikal fotopolymerisering ved at forbedre absorptionen af ​​synligt lys.

Ifølge en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications skabte holdet et nyt system - inspireret af fotosyntese - der bruger synligt lys til at generere reaktive radikale arter, der kan udløse polymerisering. Dette system opnår næsten perfekt omdannelse af monomerer til polymerer med højopløsningsmønster og forbedret mekanisk styrke.

Fotopolymerisering er en meget brugt teknik i forskellige industrier, herunder 3D-print, tandpleje og mikroelektronik, hvor flydende monomerer omdannes til faste polymerer ved eksponering for lys. Processen med at generere frie radikaler - reaktive mellemprodukter, der er afgørende for at initiere polymerisering - er typisk afhængig af ultraviolet (UV) lys, som kan være skadeligt og kræver specialiseret udstyr.

Den nye undersøgelse præsenterer dog en alternativ tilgang ved hjælp af synligt lys, som er sikrere og kompatibel med en bredere vifte af materialer. Holdet udnyttede de unikke egenskaber ved overgangsmetalkomplekser, specifikt jernkomplekser, som kan gennemgå lysinducerede ligand-til-metal ladningsoverførsel (LMCT) overgange. Disse overgange genererer reaktive radikaler gennem overførsel af en elektron fra liganden til metalcentret, hvilket initierer polymerisation.

Ved at kombinere et jernkompleks med en omhyggeligt designet synlig lysabsorber opnåede forskerne højeffektiv synligt lys-induceret fri radikal fotopolymerisation. Absorberen fungerer som en fotosensibilisator, fanger synligt lys og overfører energi til jernkomplekset, som derefter genererer radikale arter.

Desuden har holdet med succes anvendt deres system i forskellige praktiske applikationer, herunder 3D-print med opløsning på under 100 mikrometer, dental komposithærdning og fremstilling af bløde aktuatorer og sensorer. De forbedrede mekaniske egenskaber og biokompatibilitet af de resulterende polymerer gør dem velegnede til disse applikationer.

Undersøgelsens tilsvarende forfatter, Craig J. Hawker, professor i kemi og materialer ved UC Santa Barbara, fremhæver betydningen af ​​deres resultater:

"Evnen til at bruge synligt lys til effektiv fotopolymerisering af frie radikaler åbner nye muligheder på mange områder, herunder 3D-print, belægninger og biomedicinske applikationer. Dette arbejde repræsenterer et stort fremskridt inden for fotopolymerisering og har potentiale til at revolutionere, hvordan vi behandler og fremstille materialer."

Ved at integrere synlige lysabsorberende molekyler i fotopolymeriserbare systemer forbedrer forskerne effektivt effektiviteten af ​​fri radikal fotopolymerisering, hvilket baner vejen for mere alsidige, sikrere og praktiske anvendelser i forskellige industrier.