Desenvolver materiais sintéticos tão dinâmicos quanto os encontrados na natureza, com propriedades que mudam reversivelmente e que podem ser usadas na fabricação, reciclagem e outras aplicações, é um forte foco para cientistas.

Em uma estreia mundial, pesquisadores da Queensland University of Technology (QUT), A Ghent University (UGent) e o Karlsruhe Institute of Technology (KIT) foram os pioneiros em um romance, dinâmico, material reprogramável - usando luz LED verde e, notavelmente, escuridão como os interruptores para mudar a estrutura do polímero do material, e usando apenas dois compostos químicos baratos. Um desses compostos, naftaleno, é bem conhecido como ingrediente em repelentes de traças.

O novo material dinâmico poderia ser usado como uma tinta de impressão 3-D para imprimir temporariamente, andaimes de suporte fáceis de remover. Isso superaria uma das limitações atuais do processo 3-D para imprimir estruturas suspensas.

A pesquisa é parte de uma colaboração internacional contínua entre o químico macromolecular QUT e o professor laureado do Conselho de Pesquisa australiano Christopher Barner-Kowollik, Dr. Hannes Houck, que recentemente concluiu seu Ph.D. em QUT, UGent e KIT, Professor UGent Filip Du Prez, e a Dra. Eva Blasco do KIT.

Suas descobertas foram publicadas no artigo 'Light-Stabilized Dynamic Materials' no Jornal da American Chemical Society (JACS).

Pontos chave:

• O novo material foi formado com naftalenos e as moléculas de acoplamento triazolinodionas (TADs)
• Enquanto a luz LED verde brilhou no material, ele permaneceu estável e forte
• Uma vez que a luz foi desligada e o material foi mantido na escuridão, as ligações químicas da estrutura da rede quebraram e o material tornou-se macio e liquefeito
• O processo difícil de suavizar pode ser repetido com o toque do botão, e a luz pode ser reduzida para modular as propriedades mecânicas do material
• Acompanhar a pesquisa está procurando outras combinações químicas que podem alcançar o mesmo resultado

Professor Barner-Kowollik, da Faculdade de Ciências e Engenharia da QUT, disse que o que torna a descoberta única é que a luz é usada como o gatilho para estabilizar, ao invés de destruir, ligações químicas, então os pesquisadores cunharam um novo termo, materiais dinâmicos estabilizados à luz (LSDMs).

"Esperamos apresentar os LSDMs como uma classe totalmente nova de materiais, "disse o Dr. Houck." Debatemos se deveríamos patentear o novo material, mas decidiu não esperar e publicar os resultados para avançar o conhecimento e compreensão dos processos envolvidos. "

Os pesquisadores disseram que o que conseguiram é o oposto do que normalmente é feito em química e "muitas pessoas não pensaram que poderia ser feito".

"Tipicamente, você usa diferentes comprimentos de onda de luz ou calor adicional ou produtos químicos agressivos para quebrar as cadeias de moléculas de polímero que formam uma estrutura de rede, " eles disseram.

"Contudo, nesse caso, usamos luz LED verde para estabilizar a rede. O gatilho para quebrar a rede, fazê-lo entrar em colapso e fluir é, na verdade, o mais suave de todos:a escuridão. Ligue a luz novamente e o material endurece novamente e mantém sua resistência e estabilidade.

"Isso é o que você chama de sistema químico fora de equilíbrio. A energia constante da luz verde mantém o sistema químico nesta forma ligada, empurrando-o para fora de seu equilíbrio. Tire a luz, e o sistema volta ao estado relaxado, estado de menor energia. "

O professor Barner-Kowollik disse que os pesquisadores já foram contatados por empresas de tecnologia de impressão 3-D interessadas na aplicação da pesquisa.

A impressão 3-D é usada nas indústrias aeroespacial e automotiva para fazer peças complexas e protótipos detalhados.

Contudo, A impressão 3-D de projetos complexos com saliências ou pontes é difícil ou está fora dos limites porque o processo 3-D envolve a impressão de camada sobre camada, e não há suporte direto para camadas em estruturas com ângulos agudos.

"O que você precisa para imprimir em 3D algo como uma ponte é um andaime de suporte, uma segunda tinta que fornece esse suporte durante a impressão do design, mas que você pode remover posteriormente quando não for mais necessário, " ele disse.

"Com uma tinta dinâmica estabilizada à luz usada como suporte, você pode imprimir em 3D sob a luz, em seguida, apague a luz para que a tinta do andaime saia. "

O professor Du Prez e o professor Barner-Kowollik disseram que outra aplicação potencial para LSDMs era como uma ferramenta de estudo de biologia celular, com biólogos usando-o como um suporte de superfície celular, eles poderiam alterar por modulação de luz sem danificar as células.