Un team guidato dai ricercatori del FAMU-FSU College of Engineering ha nuove informazioni sulle molecole che cambiano forma in risposta alla luce.

I ricercatori che studiano i polimeri a base di azobenzene hanno scoperto che il loro volume libero, una misura dello spazio tra le catene polimeriche, era fortemente legato alla capacità dei polimeri di convertire la radiazione luminosa visibile in energia meccanica.

I risultati sono stati pubblicati in Materiali funzionali avanzati .

"Se metti un gruppo di persone in un ascensore, è davvero difficile uscirne, " ha detto l'autore senior Billy Oates, il Cummins Inc. Professor in Ingegneria Meccanica presso il FAMU-FSU College of Engineering. "Ma se hai abbastanza spazio in mezzo, puoi muoverti. Questo è quello che abbiamo trovato, che lo spazio tra la massa delle molecole polimeriche fa la differenza."

L'azobenzene è un composto chimico fotocommutabile. Ciò significa radiazioni elettromagnetiche, in particolare, la luce ultravioletta e visibile:può alterare la geometria e le proprietà chimiche di una molecola.

Una rete di polimeri di azobenzene assomiglia a tanti fili di spaghetti ammassati insieme. Quando la luce raggiunge la rete, fa sì che alcune molecole si accorcino e cambino da una forma a bastoncino a una forma a boomerang.

Precedenti studi hanno studiato la natura fotomeccanica dell'azobenzene, ma questo lavoro è stato il primo a quantificare la conversione di energia di massa per un sistema di polimeri azobenzene su scala molecolare. I ricercatori hanno scoperto che il rapporto di conversione dell'energia da luce a meccanica è cresciuto di 10 volte in quanto il volume libero è aumentato dallo 0,5 percento al 12 percento.

Come un'altra parte di questo lavoro, i ricercatori hanno anche sviluppato un nuovo modello a grana grossa per spiegare come interagiscono i polimeri dell'azobenzene. I modelli a grana grossa sono un modo per semplificare il comportamento di grandi, sistemi molecolari complessi con una perdita minima di informazioni in modo che gli scienziati possano eseguire simulazioni che altrimenti sarebbero impossibili con modelli molecolari finemente dettagliati.

La ricerca potrebbe portare a una nuova tecnologia dei materiali intelligenti. Per esempio, invece di usare i cavi per spostare l'elettricità, gli ingegneri potrebbero utilizzare la luce per controllare a distanza i componenti della macchina. Una possibile applicazione potrebbe essere un metodo per spostare i numerosi specchi che fanno parte di un array in una centrale solare-termica.

"Non devi preoccuparti di cavi elettrici disordinati, " Ha detto Oates. "Hai solo bisogno di una linea di vista per ottenere la luce nel sistema. Questa è la più grande opportunità qui, lo sviluppo di un nuovo modo di azionare materiali e strutture con la luce."