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遇光变硬、暗中变软:科学家创造动态可编程的神奇材料

Christopher Barner-Kowollik教授(右)与研究合作

根据不同的环境因素,材料的性能会发生变化,这种材料有各种各样的用途,一个国际科学家团队刚刚提出了一种特别有创意的材料。这种新材料能够在特定的光线下变硬,在黑暗中变软,这为3D打印领域带来了特别的希望。在3D打印领域,这种新材料可以作为复杂结构的临时支撑,当工作完成时,复杂结构就会融化。

这种新材料由澳大利亚昆士兰理工大学(QUT)、比利时根特大学和德国卡尔斯鲁厄理工学院的科学家们手工制作而成,由一种聚合物结构组成,这种聚合物结构可以根据光线改变其结构,然后再恢复原状。

其多变性能的关键是研究小组在这种材料中研究出的廉价化合物。其中包括一种叫做三唑烷二酮的偶联分子和一种叫做萘的驱蛾剂的常见成分。

这些使材料在绿色LED灯下保持坚固。但是当研究人员把灯关掉,让这种物质在黑暗中停留一段时间时,这些化学键开始断裂,使它变成一团柔软的、流着液体的一团。把灯打开,然后看到它又变硬了。

此外,通过调暗灯光而不是关闭灯光,他们可以将材料的力学性能调整到介于两者之间。研究人员说,当涉及到材料时,这些能力是独一无二的,并且与今天对化学的普遍理解背道而驰。

研究人员说:“通常情况下,你使用不同波长的光或额外的热量或刺激性化学物质来破坏形成网络结构的聚合物分子链。”“然而,在这种情况下,我们使用绿色LED灯来稳定网络。破坏网络、使其崩溃并消失的触发因素实际上是所有因素中最温和的一个:黑暗。打开灯,材料就会变硬,保持强度和稳定性。”

该团队称其新结构为“光稳定动态材料”,并希望它能产生一种新型材料,能以新颖和有用的方式对光做出反应。该公司正着眼于3D打印领域的应用。在3D打印领域,创建具有悬挑特征的桥梁或楼梯等结构本身就很棘手,因为3D打印的工作方式通常是将一层从地面向上叠加到另一层之上。

QUT的大分子化学家Christopher Barner-Kowollik教授说:“你需要的3D打印像桥梁这样的东西是一个支撑支架,这是在打印设计过程中提供支架的第二种墨水,但是你可以在以后不再需要的时候移除它。”“使用光稳定的动态墨水作为支架,你可以在光下进行3D打印,然后关掉灯,让支架墨水流出来。”

这项研究发表在《美国化学学会杂志》(Journal of The American Chemical Society)上。

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