Впервые в мире исследователи из Технологического университета Квинсленда (QUT), Гентского университета (UGent) и Технологического института Карлсруэ (KIT) первыми разработали новый, динамичный, перепрограммируемый материал – с использованием зеленого светодиодного света и, что примечательно, темноты. в качестве переключателей для изменения полимерной структуры материала и с использованием всего двух недорогих химических соединений. Одно из этих соединений, нафталин, хорошо известно как ингредиент репеллентов от моли.
Новый динамический материал потенциально может быть использован в качестве краски для 3D-печати для печати временных, легко снимаемых опорных каркасов. Это позволит преодолеть одно из текущих ограничений 3D-процесса печати свободно висящих конструкций.
Исследование является частью продолжающегося международного сотрудничества между химиком-макромолекулером QUT и лауреатом Австралийского исследовательского совета, профессором Кристофером Барнер-Коволликом, доктором Ханнесом Хоуком, недавно защитившим докторскую диссертацию по QUT, UGent и KIT, профессором UGent Филипом Дю Пре и доктором KIT.
Ева Бласко.
Их результаты были опубликованы в статье «Светостабилизированные динамические материалы» в Журнале Американского химического общества (JACS).
Ключевые моменты:
Новый материал образован нафталинами и связывающими молекулами триазолиндионов (ТАД)
Пока материал светился зеленым светодиодом, он оставался стабильным и прочным
Когда свет был выключен и материал оставался в темноте, химические связи сетевой структуры разрывались, и материал становился мягким и разжиженным
Процесс от жесткого к мягкому можно было повторить одним щелчком переключателя, а свет можно было приглушить, чтобы изменить механические свойства материала
Follow on research рассматривает другие химические комбинации, которые могут достичь того же результата
Профессор Барнер-Коволлик из научно-технического факультета QUT сказал, что уникальность открытия заключается в том, что свет используется в качестве спускового механизма для стабилизации, а не разрушения химических связей, поэтому исследователи придумали новый термин – светостабилизированная динамика. материалы (LSDM).
«Мы надеемся представить LSDM как совершенно новый класс материалов», – сказал д-р Хоук. «Мы обсуждали, следует ли запатентовать новый материал, но решили не ждать и опубликовать результаты, чтобы углубить знания и понимание задействованных процессов."
Исследователи сказали, что то, чего они достигли, является противоположностью тому, что обычно делается в химии, и «многие люди не думали, что это возможно."
«Как правило, вы используете свет с разными длинами волн, дополнительное тепло или агрессивные химические вещества, чтобы разорвать цепочки молекул полимера, которые образуют сетчатую структуру», – сказали они.
«Однако в этом случае мы использовали зеленый светодиод для стабилизации сети. Триггер, который разрушит сеть, заставит ее рухнуть и улетучится, на самом деле самый мягкий из всех: тьма.
Включите свет снова, и материал снова затвердеет и сохранит свою прочность и стабильность.
"Это то, что вы называете неравновесной химической системой. Постоянная энергия зеленого света удерживает химическую систему в этой связанной форме, выводя ее из состояния равновесия. Уберите свет, и система вернется в расслабленное, низкоэнергетическое состояние."
Профессор Барнер-Коволлик сказал, что с исследователями уже связались компании, занимающиеся технологией 3D-печати, заинтересованные в применении результатов исследования.
3D-печать используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности для изготовления сложных деталей и детальных прототипов.
Однако 3D-печать сложных конструкций с выступами или перемычками затруднена или запрещена, потому что 3D-процесс включает в себя печать слой за слоем, и нет прямой поддержки слоев в остроугольных структурах.
«Что вам нужно для 3D-печати чего-то вроде моста, так это поддерживающие леса, вторые чернила, которые обеспечивают этот каркас во время печати дизайна, но которые вы можете позже удалить, когда они больше не нужны», – сказал он.
«С помощью светостабилизированных динамических чернил, используемых в качестве каркаса, вы можете печатать на 3D-принтере при свете, а затем выключить свет, чтобы чернила каркаса стекали."
Профессор Дю Пре и профессор Барнер-Коволлик заявили, что еще одним потенциальным применением LSDM является инструмент исследования клеточной биологии, причем биологи используют его в качестве опоры на поверхности клетки, которую они могут изменять с помощью модуляции света, не повреждая клетки.