Un gruppo di ricerca del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) è riuscito a sviluppare un materiale autoriparante che è anche in grado di emettere un'elevata quantità di fluorescenza quando assorbe la luce. La ricerca, pubblicata sul Journal of American Chemical Society , potrebbe aprire la strada alla creazione di nuovi materiali come le celle solari organiche che sono più durevoli rispetto ai tipi attuali.
Nel 2019, Zhaomin Hou e il suo team del RIKEN CSRS hanno copolimerizzato con successo etilene e anisilpropilene utilizzando un catalizzatore metallico di terre rare. Il copolimero binario risultante ha mostrato notevoli proprietà di autoriparazione contro i danni. I componenti morbidi del copolimero, unità alternate di etilene e anisilpropilene, accoppiate con unità cristalline dure di catene etilene-etilene, hanno agito come punti di reticolazione fisica, formando una struttura a nanofase separata che si è rivelata cruciale per l'autoriparazione.
Basandosi su questo successo, hanno incorporato un'unità luminescente, lo stirilpirene, in un monomero e quindi hanno formato polimeri che includevano anche anisilpropilene ed etilene. Questo processo ha portato alla sintesi, in un unico passaggio, di un materiale autoriparante con caratteristiche di fluorescenza.
"I materiali fluorescenti sono molto utili, poiché possono essere utilizzati per diodi organici a emissione di luce (OLED), transistor organici a effetto di campo (OFET) e celle solari. Uno dei problemi principali di questi materiali, tuttavia, è la loro breve durata durante Si prevede che il nostro nuovo materiale garantirà una maggiore durata dei prodotti e una maggiore affidabilità," afferma Masayoshi Nishiura, collaboratore di Hou per questo studio.
C'è stata un'ulteriore sorpresa. Il copolimero risultante non solo si è rivelato resistente, ma ha anche mostrato capacità di auto-riparazione senza stimoli o energia esterni. La sua resistenza alla trazione è stata completamente recuperata entro 24 ore, dimostrando un'elevata velocità di autoriparazione rispetto ai copolimeri binari. Il materiale è in grado di autoripararsi anche in soluzioni acquose, acide e alcaline, offrendogli potenziali utilizzi in una varietà di ambienti.
La struttura a rete del copolimero, che coinvolge punti di reticolazione fisica formati dalle unità di stirilpirene e nanodomini cristallini di etilene-etilene e segmenti morbidi composti dalle unità alternate, ha facilitato l'autoriparazione.
Il materiale mostrava anche una proprietà aggiuntiva. Il gruppo di ricerca è riuscito a trasferire con successo un'immagine bidimensionale sulla pellicola fluorescente autoriparante attraverso la fotolitografia. Sebbene l'immagine rimanesse invisibile alla luce naturale, divenne riconoscibile sotto la luce ultravioletta, suggerendo potenziali applicazioni per la pellicola come dispositivo di archiviazione delle informazioni. La pellicola ha mantenuto le sue eccellenti proprietà autoriparanti ed elastomeriche anche durante le immagini.
"Il materiale che abbiamo sintetizzato, attraverso una reazione in un unico passaggio, ci ha dato la capacità di controllare le sue proprietà ottiche e meccaniche regolando la composizione del monomero. Pensiamo che potrebbe contribuire in modo significativo allo sviluppo di nuovi materiali funzionali con elevata autoriparazione capacità in vari ambienti pratici," dice Hou.
Ulteriori informazioni: Lin Huang et al, Sintesi di elastomeri resistenti e fluorescenti autoriparanti mediante terpolimerizzazione catalizzata da scandio di pirenilethenilstirene, etilene e anisilpropilene, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c12342
Informazioni sul giornale: Giornale dell'American Chemical Society
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