Οι ερευνητές ρίχνουν φως στο πώς να κάνουν τον φωτοπολυμερισμό πολύ πιο αποτελεσματικό
Σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, η ομάδα δημιούργησε ένα νέο σύστημα - εμπνευσμένο από τη φωτοσύνθεση - που χρησιμοποιεί ορατό φως για να δημιουργήσει αντιδραστικά ριζικά είδη που μπορούν να προκαλέσουν πολυμερισμό. Αυτό το σύστημα επιτυγχάνει σχεδόν τέλεια μετατροπή μονομερών σε πολυμερή με μοτίβο υψηλής ανάλυσης και βελτιωμένη μηχανική αντοχή.
Ο φωτοπολυμερισμός είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της 3D εκτύπωσης, της οδοντιατρικής και της μικροηλεκτρονικής, όπου τα υγρά μονομερή μετατρέπονται σε στερεά πολυμερή κατά την έκθεση στο φως. Η διαδικασία δημιουργίας ειδών ελεύθερων ριζών - αντιδραστικών ενδιάμεσων ζωτικής σημασίας για την έναρξη του πολυμερισμού - βασίζεται συνήθως σε υπεριώδη (UV) φως, το οποίο μπορεί να είναι επιβλαβές και απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό.
Ωστόσο, η νέα μελέτη παρουσιάζει μια εναλλακτική προσέγγιση χρησιμοποιώντας ορατό φως, η οποία είναι ασφαλέστερη και συμβατή με ένα ευρύτερο φάσμα υλικών. Η ομάδα κεφαλαιοποίησε τα μοναδικά χαρακτηριστικά των συμπλοκών μετάβασης μετάλλων, ειδικά σύμπλοκα σιδήρου, τα οποία μπορούν να υποβληθούν σε μεταφορές μεταφοράς φορτίου (LMCT) που προκαλούνται από το φως (LMCT). Αυτές οι μεταβάσεις δημιουργούν αντιδραστικά ριζικά είδη μέσω της μεταφοράς ενός ηλεκτρονίου από το συνδέτη στο μεταλλικό κέντρο, ξεκινώντας τον πολυμερισμό.
Συνδυάζοντας ένα σύμπλεγμα σιδήρου με έναν προσεκτικά σχεδιασμένο ορατό απορροφητή φωτός, οι ερευνητές πέτυχαν εξαιρετικά αποδοτικό ορατό φωτισμό ελεύθερων ριζών. Ο απορροφητής χρησιμεύει ως φωτοευαισθητοποιητής, καταγράφει το ορατό φως και μεταφέρεται ενέργεια στο σύμπλεγμα σιδήρου, το οποίο στη συνέχεια παράγει ριζοσπαστικά είδη.
Επιπλέον, η ομάδα εφάρμοσε με επιτυχία το σύστημά της σε διάφορες πρακτικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της 3D εκτύπωσης με ανάλυση υπο-100 μικροτρομέτρων, οδοντιατρική σύνθετη σκλήρυνση και κατασκευής μαλακών ενεργοποιητών και αισθητήρων. Οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και η βιοσυμβατότητα των προκύπτουσων πολυμερών τους καθιστούν κατάλληλο για αυτές τις εφαρμογές.
Ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, Craig J. Hawker, καθηγητής χημείας και υλικών στο UC Santa Barbara, υπογραμμίζει τη σημασία των ευρημάτων τους:
"Η ικανότητα χρήσης ορατού φωτός για αποτελεσματικό φωτοπολυμερισμό ελεύθερων ριζών ανοίγει νέες ευκαιρίες σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της εκτύπωσης 3D, των επικαλύψεων και των βιοϊατρικών εφαρμογών. Αυτή η εργασία αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στον τομέα του φωτοπολυμερισμού και έχει τη δυνατότητα να επανάσταση του τρόπου επεξεργασίας και κατασκευής υλικών".
Με την ενσωμάτωση των ορατών μορίων απορρόφησης φωτός σε φωτοπολυμεριστά συστήματα, οι ερευνητές ενισχύουν αποτελεσματικά την αποτελεσματικότητα του φωτοπολυμερισμού των ελεύθερων ριζών, ανοίγοντας το δρόμο για πιο ευπροσάρμοστες, ασφαλέστερες και πρακτικές εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες.
