Os pesquisadores desenvolveram os primeiros materiais que podem mudar permanentemente de sólido para líquido, ou vice-versa, quando exposto à luz em temperatura ambiente, e permanecer na nova fase mesmo depois que a luz for removida. Os pesquisadores também demonstraram que a luz pode ser usada para desenhar designs líquidos em um material sólido ou designs sólidos em um material líquido, criando materiais estáveis ​​que são parcialmente sólidos e parcialmente líquidos. Os novos materiais têm aplicações potenciais para impressão 3-D, moldagem, e reciclagem sob demanda, entre outros usos.

Os pesquisadores, liderado por Brady Worrell, Christopher Bowman, e co-autores da Universidade do Colorado, Pedregulho, publicaram um artigo sobre os materiais com fases com fotoativáveis ​​em uma edição recente da Nature Communications .

Como vemos na vida cotidiana, os materiais convencionais trocam de fase devido a mudanças na temperatura ou pressão. Por exemplo, gelo sólido pode ser transformado em água líquida por aquecimento ou - menos comumente - aumentando a pressão (uma pressão mais alta diminui o ponto de fusão, fazendo com que o gelo derreta em temperaturas mais frias do que o normal).

Certos polímeros, Contudo, são permanentemente sólidos, mesmo quando expostos a mudanças extremas de temperatura ou pressão, eles nunca se tornam líquidos. Esses materiais, que são chamados de polímeros covalentemente reticulados, podem ser modificados para que um estímulo externo, como luz ou calor, faça com que eles mudem de sólido para líquido. Contudo, esta é apenas uma mudança temporária, no qual o polímero volta à sua forma sólida assim que o estímulo é removido.

No novo estudo, os pesquisadores apresentaram dois novos polímeros, aquele que começa como um sólido e pode ser convertido em líquido, e o outro que começa líquido e pode ser convertido em sólido. Os polímeros são os primeiros materiais de qualquer tipo que podem sofrer uma mudança de fase permanente em resposta a um estímulo diferente de temperatura ou pressão (neste caso, luz).

Os polímeros sólidos e líquidos trocam de fase quando irradiados por luz ultravioleta com comprimento de onda de 365 nm por cerca de cinco minutos. Contudo, a luz afeta os dois materiais de maneira diferente. O polímero líquido contém inicialmente uma base que promove uma reação de troca tiol-tioéster relaxante contra o estresse, que faz com que o polímero aja como um fluido, mas o sólido não contém inicialmente essa base. Quando o polímero sólido é exposto à luz, a luz libera um catalisador que libera a base, promovendo a reação de relaxamento do estresse e convertendo o sólido em um fluido. Por outro lado, quando o polímero líquido é exposto à luz, a luz libera um catalisador diferente que libera ácido, neutralizando a base e interrompendo a reação relaxante de estresse, que converte o polímero líquido em um sólido.

Usar luz em vez de temperatura ou pressão para controlar as mudanças de fase torna possível exercer um controle espacial requintado sobre essas mudanças de fase, permitindo que os pesquisadores definam regiões sólidas e líquidas separadas em um único material. Para demonstrar, os pesquisadores usaram litografia de nanoimpressão para projetar uma fotomáscara no formato de um búfalo (o mascote de Boulder da Universidade do Colorado). Ao usar os dois comprimentos de onda diferentes de luz, eles podiam fazer um búfalo líquido em um fundo sólido ou um búfalo sólido em um fundo líquido. Apesar de consistir em líquido e sólido, o material é estável e as porções líquidas e sólidas permanecem permanentemente separadas.

Os pesquisadores esperam que, no futuro, essas habilidades abrirão as portas para uma variedade de novas aplicações onde polímeros são usados.

"Em um contexto amplo, a troca tiol-tioéster em polímeros de rede permite uma ampla aplicação em uma variedade de campos, "Worrell disse Phys.org . "Este material preenche com eficácia a lacuna entre os termoplásticos e os termofixos em temperaturas de operação muito baixas, permitindo a reciclagem, reaproveitamento ou remoldagem (comportamento termoplástico) e aplicação sob demanda a um substrato (comportamento termofixo). Este material, portanto, provavelmente terá apelo em revestimentos inteligentes aplicados sob demanda, onde as tensões ambientais limitam a eficácia. "

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