Sviluppare materiali sintetici dinamici come quelli che si trovano in natura, con proprietà reversibili e che potrebbero essere utilizzate nella produzione, riciclaggio e altre applicazioni, è un forte obiettivo per gli scienziati.

In una prima mondiale, ricercatori della Queensland University of Technology (QUT), La Gent University (UGent) e il Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno aperto la strada a un romanzo, dinamico, materiale riprogrammabile, utilizzando la luce LED verde e, notevolmente, l'oscurità come gli interruttori per cambiare la struttura polimerica del materiale, e utilizzando solo due composti chimici poco costosi. Uno di questi composti, naftalene, è ben noto come ingrediente nei repellenti per tarme.

Il nuovo materiale dinamico potrebbe essere potenzialmente utilizzato come inchiostro da stampa 3D per stampare temporanei, ponteggi di supporto facili da rimuovere. Ciò supererebbe uno degli attuali limiti del processo 3D per stampare strutture sospese.

La ricerca fa parte di una collaborazione internazionale in corso tra il chimico macromolecolare QUT e l'Australian Research Council Laureate Fellow Professor Christopher Barner-Kowollik, Dottor Hannes Houck, che ha recentemente completato il suo dottorato di ricerca. attraverso QUT, UGent e KIT, UGent Professor Filip Du Prez, e la dottoressa Eva Blasco di KIT.

I loro risultati sono stati pubblicati nell'articolo "Light-Stabilized Dynamic Materials" in Giornale della Società Chimica Americana (JACS).

Punti chiave:

• Il nuovo materiale è stato formato con naftaleni e le molecole di accoppiamento triazolinedioni (TAD)
• Finché la luce LED verde ha brillato sul materiale, è rimasto stabile e forte
• Una volta spenta la luce e tenuto il materiale al buio, i legami chimici della struttura della rete si sono sciolti e il materiale è diventato morbido e liquefatto
• Il processo da difficile a morbido potrebbe essere ripetuto con il semplice tocco dell'interruttore, e la luce potrebbe essere attenuata per modulare le proprietà meccaniche del materiale
• La ricerca continua sta esaminando altre combinazioni chimiche che possono ottenere lo stesso risultato

Professor Barner-Kowollik, dalla Facoltà di Scienze e Ingegneria di QUT, detto ciò che rende unica la scoperta è che la luce viene utilizzata come grilletto per stabilizzare, piuttosto che distruggere, legami chimici, così i ricercatori hanno coniato un nuovo termine, materiali dinamici stabilizzati alla luce (LSDM).

"Speriamo di introdurre gli LSDM come una classe di materiali completamente nuova, " ha detto il dottor Houck. "Abbiamo discusso se brevettare il nuovo materiale, ma ha deciso di non aspettare e di pubblicare i risultati per far progredire la conoscenza e la comprensione dei processi coinvolti".

I ricercatori hanno affermato che ciò che hanno ottenuto è l'opposto di ciò che si fa di solito in chimica e "molte persone pensavano che non si potesse fare".

"Tipicamente, usi diverse lunghezze d'onda della luce o calore aggiuntivo o sostanze chimiche aggressive per rompere le catene di molecole polimeriche che formano una struttura a rete, " loro hanno detto.

"Però, in questo caso, abbiamo usato la luce LED verde per stabilizzare la rete. Il grilletto per rompere la rete, farlo crollare e scorrere via è in realtà il più mite di tutti:l'oscurità. Riaccendi la luce e il materiale si indurisce di nuovo e mantiene la sua forza e stabilità.

"Questo è quello che chiami un sistema chimico fuori equilibrio. L'energia costante della luce verde mantiene il sistema chimico in questa forma legata, spingendolo fuori dal suo equilibrio. Porta via la luce, e il sistema torna al suo rilassato, stato energetico più basso."

Il professor Barner-Kowollik ha affermato che i ricercatori erano già stati contattati da aziende di tecnologia di stampa 3D interessate all'applicazione della ricerca.

La stampa 3D viene utilizzata nell'industria aerospaziale e automobilistica per realizzare parti complesse e prototipi dettagliati.

Però, La stampa 3D di progetti complessi con sporgenze o ponti è difficile o vietata perché il processo 3D prevede la stampa strato su strato, e non vi è alcun supporto diretto per gli strati in strutture fortemente angolate.

"Ciò di cui hai bisogno per stampare in 3D qualcosa come un ponte è un'impalcatura di supporto, un secondo inchiostro che fornisce quell'impalcatura durante la stampa del disegno, ma che potrai poi rimuovere quando non sarà più necessario, " Egli ha detto.

"Con un inchiostro dinamico stabilizzato alla luce utilizzato come impalcatura è possibile stampare in 3D sotto la luce, poi spegni la luce per far defluire l'inchiostro dall'impalcatura."

Il professor Du Prez e il professor Barner-Kowollik hanno affermato che un'altra potenziale applicazione per gli LSDM era come strumento di studio della biologia cellulare, con i biologi che lo utilizzano come supporto della superficie cellulare potrebbero alterarsi mediante modulazione della luce senza danneggiare le cellule.