Des chercheurs ont mis au point les premiers matériaux capables de passer en permanence du solide au liquide, ou vice versa, lorsqu'il est exposé à la lumière à température ambiante, et restent dans la nouvelle phase même après la suppression de la lumière. Les chercheurs ont également démontré que la lumière peut être utilisée pour dessiner des motifs liquides dans un matériau solide ou des motifs solides dans un matériau liquide, créer des matériaux stables en partie solides et en partie liquides. Les nouveaux matériaux ont des applications potentielles pour l'impression 3D, moulage, et recyclage à la demande, entre autres utilisations.

Les chercheurs, dirigé par Brady Worrell, Christophe Bowman, et coauteurs à l'Université du Colorado, Rocher, ont publié un article sur les matériaux à phases photocommutables dans un récent numéro de Communication Nature .

Comme on le voit dans la vie de tous les jours, les matériaux conventionnels changent de phase en raison des changements de température ou de pression. Par exemple, la glace solide peut être transformée en eau liquide en chauffant ou, moins souvent, en augmentant la pression (une pression plus élevée abaisse le point de fusion, faisant fondre la glace à des températures plus froides que la normale).

Certains polymères, cependant, sont solides en permanence, même lorsqu'ils sont exposés à des changements extrêmes de température ou de pression, ils ne deviennent jamais liquides. Ces matériaux, qui sont appelés polymères réticulés de manière covalente, peuvent être modifiés de sorte qu'un stimulus externe tel que la lumière ou la chaleur les fasse passer du solide au liquide. Cependant, ce n'est qu'un changement temporaire, dans lequel le polymère revient à sa forme solide dès que le stimulus est supprimé.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont présenté deux nouveaux polymères, un qui commence comme un solide et peut être converti en liquide, et l'autre qui commence comme un liquide et peut être converti en solide. Les polymères sont les premiers matériaux de toute nature qui peuvent subir un changement de phase permanent en réponse à un stimulus autre que la température ou la pression (dans ce cas, léger).

Les polymères solides et liquides changent tous les deux de phase lorsqu'ils sont irradiés par une lumière UV avec une longueur d'onde de 365 nm pendant environ cinq minutes. Cependant, la lumière affecte différemment les deux matériaux. Le polymère liquide contient initialement une base qui favorise une réaction d'échange thiol-thioester relaxante, ce qui fait que le polymère agit comme un fluide, mais le solide ne contient pas initialement cette base. Lorsque le polymère solide est exposé à la lumière, la lumière libère un catalyseur qui libère la base, favoriser la réaction de relaxation des contraintes et convertir le solide en fluide. D'autre part, lorsque le polymère liquide est exposé à la lumière, la lumière libère un catalyseur différent qui libère de l'acide, neutraliser la base et arrêter la réaction de détente, qui transforme le polymère liquide en un solide.

L'utilisation de la lumière au lieu de la température ou de la pression pour contrôler les changements de phase permet d'exercer un contrôle spatial exquis sur ces changements de phase, permettant aux chercheurs de définir des régions solides et liquides distinctes dans un seul matériau. Démontrer, les chercheurs ont utilisé la lithographie par nanoimpression pour concevoir un photomasque en forme de buffle (la mascotte de l'Université du Colorado à Boulder). En utilisant les deux longueurs d'onde différentes de la lumière, ils pouvaient faire soit un buffle liquide sur un fond solide, soit un buffle solide sur un fond liquide. Bien qu'il soit à la fois liquide et solide, le matériau est stable et les parties liquide et solide restent séparées en permanence.

Les chercheurs s'attendent à ce que, à l'avenir, ces capacités ouvriront les portes à une variété de nouvelles applications où les polymères sont utilisés.

« Dans un contexte large, l'échange thiol-thioester dans les polymères en réseau permet une large gamme d'applications dans une variété de domaines, " Worrell a dit Phys.org . "Ce matériau comble efficacement l'écart entre les thermoplastiques et les thermodurcissables à des températures de fonctionnement très basses, permettant le recyclage, réutilisation ou remoulage (comportement thermoplastique) et application à la demande sur un substrat (comportement thermodurcissable). Ce matériau aura donc probablement un attrait dans les revêtements intelligents appliqués à la demande où les contraintes environnementales limitent l'efficacité. »

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