Поверхностная глубина: верхний светочувствительный слой пластиковой пленки вызывает изменение формы

Поверхностная глубина: верхний светочувствительный слой пластиковой пленки вызывает изменение формы
Схема пленки (слева): пленка в основном состоит из не фото-реактивного полимера (толщиной 200-400 Нм), а фото-реактивный полимерный слой существует только на поверхности (толщиной несколько Нм). 
Фотография пленок и формы поверхности после УФ-излучения через фотошаблон (справа).

Ученые показывают, что азобензол-содержащая пленка, важная для многих отраслей промышленности, не обязательно должна быть полностью сделана из светочувствительного материала для функционирования, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Scientific Reports.

Азобензол-содержащая пластиковая пленка — своеобразный материал; его поверхность может менять форму под воздействием света, что делает его ценным компонентом современных технологий и устройств, таких как экраны телевизоров и солнечные батареи. Ученые теперь показывают, что светочувствительным должен быть только тонкий, самый верхний слой светозависимой азобензол-содержащей пластиковой пленки, а не вся пленка, что открывает новые способы потенциально снизить производственные затраты и революционизировать ее использование.

До сих пор было широко признано, что светочувствительная природа этого материала распространяется на всю пленку, но ученые не понимали, что вызывает изменение формы. Группа ученых во главе с доктором Такахиро Секи из Университета Нагоя (Япония) намеревалась выяснить, как именно это происходит.

В статье ученые пишут, что их вдохновило хорошо изученное явление, называемое потоком Марангони: благодаря этому явлению различия в «поверхностном натяжении» (свойство, благодаря которому частицы во внешнем слое жидкости всегда притягиваются внутрь, создавая границу для жидкости) заставляют многие мягкие пластиковые пленки двигаться по своеобразной схеме. Самый известный пример этого явления — образование «винных ножек» или капель жидкости, испаряющейся и стекающей по поверхности бокалов.

Они решили проверить, вызывает ли ультрафиолетовый свет изменения поверхностного натяжения азобензольной пластиковой пленки и приводят ли эти изменения к движению пленки. Они решили сначала покрыть пленку азобензола очень тонким светочувствительным верхним слоем, а затем подвергнуть эту пленку УФ-излучению. Затем они сделали то же самое с пленкой, которая была покрыта верхним слоем, не реагирующим на свет. Ученые обнаружили структурные изменения поверхности в пленке со светочувствительным верхним слоем, а во второй пленке этого не произошло. «Это первый раз, когда кто-либо продемонстрировал, что для изменения морфологии поверхности азобензол-содержащей пленки под воздействием УФ-излучения требуется только светочувствительность очень тонкого «нанометрового» слоя», — сказал доктор Секи.

Важное наблюдение этого исследования заключается в том, что движение материала не зависит от «поляризации света» или направления, в котором распространяются световые волны. Если бы это было так, это означало бы, что есть другая сила на молекулярном уровне, влияющая на всю пленку. Вместо этого доктор Секи приходит к выводу, что, вероятно, это изменения в химической структуре поверхности, вызванные УФ-излучением, изменяют поверхностное натяжение, вызывая движение к верхней части пленки.

Описывая более широкие разветвления своих результатов, доктор Секи заявляет: «Мы находимся на пике разработки этого открытия в промышленных масштабах, но вы можете себе представить, как потребность в очень небольшом количестве светочувствительного материала может снизить затраты. Многие оптические устройства, такие как копировальные аппараты, принтеры и мониторы, зависят от изменения поверхности в полимерной пленке из азобензола под действием света. Основываясь на наших выводах, пленка из азобензола также может выступать в качестве «исполнительного механизма» (той части устройства, которая перемещает другие части) в наномашинах».

Эти недавно открытые свойства имеют огромное значение — от улучшения экономики производства и снижения цен на материалы до развития самой области нанотехнологий.

Источник: https://www.eurekalert.org

Делитесь полезной информацией с друзьями: