科學家研製動態可重新編程材料:光照變硬 暗時變軟



昆士蘭科技大學的一支國際科學家團隊,剛剛開發出了一種基於光線調節的新型“動態可重新編程”材料,特點是能夠在某種類型的光照下變硬、並且黑暗中重新變軟。對於 3D 打印等應用來說,這種新型材料可發揮極大的潛力,比如作為某種複雜結構的臨時支撐。據悉,這種材料是昆士蘭科技大學(QUT)、比利時根特大學、以及德國卡爾斯魯厄理工學院科學家們的傑作。

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(圖自:QUT,via New Atlas

新材料由聚合物結構組成,能夠根據光線改變其結構,然後再恢復。 (上圖左為研究合著者 Hannes Houck 博士,右為 Christopher Barner Kowollik 教授)

可變性質取決於材料中所使用的廉價化合物,其中又被稱作‘三唑二酮’(triazolinediones)的偶聯分子和蛾驅蟲劑中常見的成分‘萘’(napthalene)。

結合上述材料, 才製成了只需暴露在綠色 LED 等下即可變得堅固的動態可重編程新材料。在需要恢復的時候,研究人員只需將其在黑暗中置留一段時間。

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有趣的是,只需重新打開燈光,這種材料又會再次變硬。且該材料不是只走軟硬兩個極端,而是能夠將機械性能調節到中間的某個位置。

研究人員表示,這種能力在材料學中是獨一無二的,與當前的化學理解有些背道而馳。通常你會藉助不同波長的光線、或額外的熱刺激,來破壞聚合物分子鍊網格。

但在這裡,我們使用綠色 LED 燈來實現材料的固定,反之讓它在黑暗中變得柔軟可流動。然而只需重新開燈,材料又會繼續重複它的獨特性質。

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(圖自:QUT,via ACS

研究團隊將這種新結構稱作“光穩定動態材料”,希望最終能夠催生一類新穎的材料,讓它能夠以更加有用的方式,對光線作出相應。

目前這項性質已經在 3D 打印中得到運用,因為疊層工藝很是複雜,通常需要添加臨時支撐結構,才能夠讓具有垂直特徵的物體(比如橋樑)不出現崩潰。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《美國化學學會期刊》上,原標題為《Reversible Polymer-Chain Modification: Ring-Opening and Closing of Polylactone》。

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