Los investigadores han desarrollado los primeros materiales que pueden cambiar permanentemente de sólido a líquido, o viceversa, cuando se expone a la luz a temperatura ambiente, y permanecer en la nueva fase incluso después de que se quita la luz. Los investigadores también demostraron que la luz se puede utilizar para dibujar diseños líquidos en un material sólido o diseños sólidos en un material líquido. creando materiales estables que son en parte sólidos y en parte líquidos. Los nuevos materiales tienen aplicaciones potenciales para la impresión 3D, moldura, y reciclaje bajo demanda, entre otros usos.

Los investigadores, dirigido por Brady Worrell, Christopher Bowman, y coautores de la Universidad de Colorado, Roca, han publicado un artículo sobre los materiales con fases fotoconmutables en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .

Como vemos en la vida diaria, Los materiales convencionales cambian de fase debido a cambios de temperatura o presión. Por ejemplo, El hielo sólido se puede convertir en agua líquida calentando o, con menos frecuencia, aumentando la presión (una presión más alta reduce el punto de fusión, causando que el hielo se derrita a temperaturas más frías de lo normal).

Ciertos polímeros, sin embargo, son permanentemente sólidos, incluso cuando se exponen a cambios extremos de temperatura o presión, nunca se vuelven líquidos. Estos materiales, que se denominan polímeros reticulados covalentemente, pueden modificarse para que un estímulo externo como la luz o el calor haga que cambien de sólido a líquido. Sin embargo, esto es solo un cambio temporal, en el que el polímero vuelve a su forma sólida tan pronto como se elimina el estímulo.

En el nuevo estudio, los investigadores presentaron dos nuevos polímeros, uno que comienza como un sólido y se puede convertir en líquido, y el otro que comienza como líquido y se puede convertir en sólido. Los polímeros son los primeros materiales de cualquier tipo que pueden sufrir un cambio de fase permanente en respuesta a un estímulo distinto de la temperatura o la presión (en este caso, luz).

Los polímeros sólidos y líquidos cambian de fase cuando se irradian con luz ultravioleta con una longitud de onda de 365 nm durante aproximadamente cinco minutos. Sin embargo, la luz afecta a los dos materiales de manera diferente. El polímero líquido contiene inicialmente una base que promueve una reacción de intercambio de tiol-tioéster que relaja el estrés, que hace que el polímero actúe como un fluido, pero el sólido inicialmente no contiene esta base. Cuando el polímero sólido se expone a la luz, la luz libera un catalizador que libera la base, promoviendo la reacción de relajación del estrés y convirtiendo el sólido en fluido. Por otra parte, cuando el polímero líquido se expone a la luz, la luz libera un catalizador diferente que libera ácido, neutralizar la base y detener la reacción relajante del estrés, que convierte el polímero líquido en un sólido.

El uso de luz en lugar de temperatura o presión para controlar los cambios de fase permite ejercer un control espacial exquisito sobre estos cambios de fase. permitiendo a los investigadores definir regiones sólidas y líquidas separadas en un solo material. Demostrar, los investigadores utilizaron la litografía de nanoimpresión para diseñar una fotomáscara en forma de búfalo (la mascota de Boulder de la Universidad de Colorado). Al usar las dos longitudes de onda de luz diferentes, podrían hacer un búfalo líquido sobre un fondo sólido o un búfalo sólido sobre un fondo líquido. A pesar de estar compuesto tanto de líquido como de sólido, el material es estable y las porciones líquida y sólida permanecen separadas de forma permanente.

Los investigadores esperan que, en el futuro, estas capacidades abrirán las puertas a una variedad de nuevas aplicaciones en las que se utilizan polímeros.

"En un contexto amplio, el intercambio tiol-tioéster en polímeros de red permite una amplia aplicación en una variedad de campos, "Worrell dijo Phys.org . "Este material cierra eficazmente la brecha entre los termoplásticos y los termoestables a temperaturas de funcionamiento muy bajas, permitiendo el reciclaje, reutilización o remodelado (comportamiento termoplástico) y aplicación bajo demanda a un sustrato (comportamiento termoestable). Por lo tanto, es probable que este material tenga atractivo en los recubrimientos inteligentes aplicados a pedido donde las tensiones ambientales limitan la eficacia ".

© 2018 Phys.org