Tim Univerziteta Ben‑Gurion razvio je tečne „latentne“ monomere koji ostaju stabilni nedeljama, a očvršćuju tek ciljanim izlaganjem svetlu ili blagom toplinom. Rešavanje je postignuto ugradnjom on/off mehanizma direktno u gradivne blokove, uz upotrebu zlatnih nanopartikala kao lokalnih grejača i standardnog ROMP katalizatora. Tehnologija omogućava skladištenje gotove formulacije, selektivno stvrdnjavanje pri 3D štampi i smanjenje otpada i potrošnje energije.
Izraelski naučnici razvili „pametnu“ plastiku koja se aktivira svetlom i toplinom
Member of the study into a new class of latent monomers. (photo credit: BEN GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV)
Tim sa Univerziteta Ben‑Gurion u Negevu razvio je novu klasu „latentnih monomera“ — tečnih gradivnih blokova koji ostaju stabilni i ne reaguju nedeljama, a očvrsnu tek kada ih ciljano aktivirate svetlom ili blagim zagrevanjem. Otkriće je objavljeno u časopisu Nature Chemistry i može pojednostaviti industrijske procese proizvodnje, štampanja i popravki uz veću bezbednost i manje otpada.
Kako funkcioniše tehnologija
Ključna ideja jeste da se mehanizam uključi/isključi (on/off) ugradi direktno u same monomere, umesto da se oslanja na osetljive ili skupe katalizatore. Nova formulacija sadrži tri komponente:
- monomere zasnovane na norbornadienu koji mogu da se povezuju u polimere pomoću ROMP metode (ring‑opening metathesis polymerization);
- standardni industrijski ROMP katalizator koji pokreće formiranje lanaca;
- sitne zlatne nanopartikle koje, kada se osvetle bliskim infracrvenim (NIR) svetlom, deluju kao mikroskopski grejači.
Monomeri se fotokemijski konvertuju iz reaktivnog norbornadiena u oblik zvan quadricyclane — „uspavano“ stanje koje ne polimerizuje. Kasnijom, ciljanom termičkom konverzijom (lokalno izazvanom zagrevanjem zlatnim nanopartiklama) quadricyclane se vraća u reaktivni norbornadien i ROMP reakcija može započeti, dajući čvrst polimer po željenom obrascu.
Illustrative of how the 'building blocks' work. (credit: BEN GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV)
Praktične prednosti i primene
Zbog latentne prirode monomera, proizvođači mogu skladištiti i transportovati gotovu tečnu formulaciju bez straha od neželjenog zgušnjavanja. Formulaciju je moguće nanositi, puniti ili štampati, a zatim selektivno aktivirati stvrdnjavanje pomoću svetlosnih šablona, maski ili lokalnog zagrevanja. To donosi nekoliko prednosti:
- veća bezbednost u proizvodnji jer nema potrebe za stalnim mešanjem ili zagrevanjem velikih količina;
- uštede energije i smanjenje otpada;
- fleksibilnost u 3D štampi i reparacijama gde su potrebna selektivna svojstva;
- mogućnost sinteze polimera sa dvodelnim lancima (jedan segment aktivan odmah, drugi aktiviran kasnije), što omogućava kombinovana mehanička svojstva u jednom komadu.
„Umesto 'uspavanog' katalizatora, mi smo kreirali 'uspavane' gradivne blokove samog materijala“, rekao je prof. Yossi Weizmann iz Odeljenja za hemiju Univerziteta Ben‑Gurion, koji je predvodio studiju. „Mešavina može mirno stajati na polici nedeljama i pretvoriti se u čvrstu masu tek kada je osvetlite ili zagrejete. To može učiniti industrijske procese sigurnijim, jednostavnijim i energetski efikasnijim.“
Među autorima su doktorand Nir Lemcoff (jedan od vodećih autora) i istraživači Ronny Niv, Keren Iudanov, Gil Gordon, Aritra Biswas, Uri Ben‑Nun i Ofir Shelonchik.
Iako su rezultati obećavajući, naredni koraci uključuju testiranje dugoročne stabilnosti formulacija u industrijskim uslovima, procenu troškova skaliranja i bezbednosne evaluacije za različite primene. Ukoliko se ti izazovi reše, tehnologija bi mogla da promeni pristup stvrdnjavanju u automobilskoj, elektronskoj, medicinskoj i industrijskoj proizvodnji.
Pomozite nam da budemo bolji.
