I ricercatori hanno sviluppato i primi materiali che possono cambiare permanentemente da solido a liquido, o vice versa, se esposto alla luce a temperatura ambiente, e rimanere nella nuova fase anche dopo che la luce è stata rimossa. I ricercatori hanno anche dimostrato che la luce può essere utilizzata per disegnare disegni liquidi in un materiale solido o disegni solidi in un materiale liquido, creando materiali stabili che sono in parte solidi e in parte liquidi. I nuovi materiali hanno potenziali applicazioni per la stampa 3D, modanatura, e riciclaggio su richiesta, tra gli altri usi.

I ricercatori, guidato da Brady Worrell, Christopher Bowman, e coautori dell'Università del Colorado, Masso, hanno pubblicato un articolo sui materiali con fasi fotocommutabili in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

Come vediamo nella vita di tutti i giorni, i materiali convenzionali cambiano fase a causa di variazioni di temperatura o pressione. Per esempio, il ghiaccio solido può essere trasformato in acqua liquida riscaldando o, meno comunemente, aumentando la pressione (una pressione più alta abbassa il punto di fusione, provocando lo scioglimento del ghiaccio a temperature più basse del normale).

Alcuni polimeri, però, sono permanentemente solidi, anche se esposti a sbalzi estremi di temperatura o pressione, non diventano mai liquidi. Questi materiali, che sono chiamati polimeri reticolati covalentemente, possono essere modificati in modo che uno stimolo esterno come la luce o il calore li faccia passare da solidi a liquidi. Però, questo è solo un cambiamento temporaneo, in cui il polimero ritorna alla sua forma solida non appena lo stimolo viene rimosso.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno presentato due nuovi polimeri, uno che inizia come solido e può essere convertito in liquido, e l'altro che inizia come un liquido e può essere convertito in un solido. I polimeri sono i primi materiali di qualsiasi tipo che possono subire un cambiamento di fase permanente in risposta a uno stimolo diverso dalla temperatura o dalla pressione (in questo caso, leggero).

I polimeri solidi e liquidi cambiano fase quando irradiati da luce UV con una lunghezza d'onda di 365 nm per circa cinque minuti. Però, la luce colpisce i due materiali in modo diverso. Il polimero liquido contiene inizialmente una base che favorisce una reazione di scambio tiolo-tioestere antistress, che fa agire il polimero come un fluido, ma il solido inizialmente non contiene questa base. Quando il polimero solido è esposto alla luce, la luce rilascia un catalizzatore che rilascia la base, promuovendo la reazione di rilassamento dello stress e convertendo il solido in fluido. D'altra parte, quando il polimero liquido è esposto alla luce, la luce rilascia un catalizzatore diverso che rilascia acido, neutralizzando la base e arrestando la reazione stress-rilassante, che trasforma il polimero liquido in solido.

L'uso della luce invece della temperatura o della pressione per controllare i cambiamenti di fase rende possibile esercitare uno squisito controllo spaziale su questi cambiamenti di fase, consentendo ai ricercatori di definire regioni solide e liquide separate in un unico materiale. Dimostrare, i ricercatori hanno utilizzato la litografia nanoimprint per progettare una fotomaschera a forma di bufalo (la mascotte Boulder dell'Università del Colorado). Utilizzando le due diverse lunghezze d'onda della luce, potevano fare un bufalo liquido su fondo solido o un bufalo solido su fondo liquido. Nonostante sia costituito da liquido e solido, il materiale è stabile e le parti liquida e solida rimangono permanentemente separate.

I ricercatori si aspettano che, nel futuro, queste capacità apriranno le porte a una varietà di nuove applicazioni in cui vengono utilizzati i polimeri.

"In un contesto ampio, lo scambio tiolo-tioestere nei polimeri di rete consente un'ampia applicazione in una varietà di campi, "Worrel ha detto Phys.org . "Questo materiale colma efficacemente il divario tra termoplastici e termoindurenti a temperature di esercizio molto basse, consentendo il riciclaggio, riutilizzo o rimodellamento (comportamento termoplastico) e applicazione su richiesta su un substrato (comportamento termoindurente). Questo materiale sarà quindi probabilmente attraente nei rivestimenti intelligenti applicati su richiesta dove gli stress ambientali limitano l'efficacia".

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