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. Effektiviteten af ​​fotopolymerisation er imidlertid begrænset af den lave absorption af synligt lys af fotoinitiatorerne, som typisk er organiske farvestoffer.

For at løse denne udfordring hentede forskerholdet inspiration fra fotosyntesen, den proces, hvorved planter omdanner sollys til kemisk energi. Fotosyntese bruger lysabsorberende pigmenter til at fange solenergi og generere reaktive mellemprodukter, der driver kemiske reaktioner.

Forskerne implementerede en lignende strategi ved at inkorporere et metal-ligand-kompleks i fotopolymerisationssystemet. Dette metal-ligand kompleks fungerer som en kunstig lys-høstende enhed, der effektivt fanger synligt lys og genererer reaktive radikale arter, der er i stand til at initiere polymerisation.

Ved at bruge denne tilgang opnåede forskerne næsten 100 % omdannelse af monomerer til polymerer med højopløsningsmønster og forbedrede mekaniske egenskaber. Dette repræsenterer en væsentlig forbedring sammenlignet med konventionelle fotopolymerisationsmetoder, som typisk udviser lavere konverteringseffektiviteter.

Undersøgelsen åbner nye muligheder for at udvikle mere effektive og miljøvenlige fotopolymeriseringsteknikker med potentielle anvendelser inden for avanceret fremstilling, 3D-print og mikroelektronik. Ved at forbedre absorptionen af ​​synligt lys og opnå højere konverteringseffektiviteter kan denne teknologi reducere energiforbruget og forbedre ydeevnen af ​​forskellige lysbaserede fremstillingsprocesser.