形状記憶ポリマー (SMP) は、熱などの外部刺激によって形状が変化するポリマーのクラスです。元の形状を記憶する能力により、SMP は、再構成可能なナノ光学、生物医学デバイス、スマート ファブリック、または自己展開可能な航空宇宙構造など、多くのアプリケーションにとって興味深い材料になります。典型的な SMP は、直接的または間接的 (例えば、光吸収および交流磁場) 加熱によって活性化できます。ただし、熱を必要とする形状記憶サイクルにより、SMP の幅広い用途 (特に再構成可能なナノ光学デバイスとして) が大幅に制限されます。面倒な加熱と冷却のサイクルは、周囲条件下での SMP の適用を妨げます。
フォトニック結晶は、光と相互作用できる周期的なナノ構造と見なされます。天然フォトニック結晶の最も注目すべき現象は、モルフォ蝶の翅が示す印象的な青みを帯びた色です。この色は色素沈着の結果ではなく、可視光と蝶の羽に存在するフォトニック結晶ナノ構造との相互作用によるものです。ナノテクノロジーの進歩により、科学者は蝶の翅の着色に寄与するものと同様のナノ構造を模倣し、製造することが可能になりました。さらに、これらのナノ構造の小さな変化は、異なる光学特性と色につながる可能性があります。したがって、さまざまなデバイス アプリケーション向けにスマートで調整可能な光学ナノ構造を設計することが非常に望まれます。
スマートで再構成可能なナノ光学デバイスで実際のアプリケーションを実現するために、フロリダ大学の Dr. Peng Jiang のグループは、室温でプログラムおよび回復できるリジッド SMP の開発に注力してきました。全室温動作のメリットは、SMP に大きな価値を追加できます。以前は不可能と思われていた多くの分野にアプリケーションを拡張できます。素材そのものについては、剛性の高い形状記憶ポリマーを使用することで耐久性を高めることができます。これらの設計目標により、著者は新しい SMP を開発し、SMP 表面の独自のナノ構造 (フォトニック結晶) と結合し、プログラムまたは復元すると、光学特性 (色) の印象的で簡単に認識できる変化を示します。
Advanced Functional Materials に掲載された最近の記事 、著者らは、SMPの概念をマクロポーラスフォトニック結晶と統合することにより、非伝統的で全室温の形状記憶サイクルを示す新しい形状記憶ポリマーを発表しました。この研究では、剛性の高いポリウレタン ベースの SMP を選択しました。最終的なポリウレタン フォトニック結晶膜は、その表面に 300 nm のマクロポーラス ナノ構造を備えています。重要なことに、この永続的なガラス質/硬質マクロポーラス ナノ構造は、相互接続マクロポアに吸収された有機溶媒をゆっくりと蒸発させることにより、周囲条件下で一時的に無秩序な構成にコールド プログラムできます。変形したマクロポアは、室温で有機溶媒の蒸気や液体にさらすことで回復できます。マクロポーラス ナノ構造の周期的な変形と回復により、サンプルの知覚色を変えることができます。
著者らは、溶媒と SMP の間の相互作用が、変形と回復の両方のプロセスに影響を与える上で重要であることを発見しました。膨潤溶媒 (エタノールなど) は、「コールド」プログラミングと SM 回復を引き起こす可能性があります。ただし、非膨潤性溶媒 (ヘキサンなど) はできません。実験により、膨張による可塑化効果のダイナミクスが「コールド」プログラミングと回復プロセスの両方を支配することが明らかになりました。ポリマーに対して正の親和性を持つ良溶媒分子は、ナノスケールでマクロ細孔の壁に拡散する可能性があります。その後、溶媒の蒸発によって引き起こされる毛細管力が、軟化したマクロポアの一時的な構造変形を引き起こす可能性があります。
重要なことに、膨潤試験では、新しい SMP 材料がアルカン (ヘキサンなど) でごくわずかな膨潤を示すことが示されました。ユニークな室温回復特性を使用して、著者らはガソリン類似体としてのエタノール-ヘキサン溶液の例示的なシステムを調査しました。この材料は、SM の回収に伴う見かけの色の変化を監視することにより、検出限界 150 ppm でヘキサン中の微量のエタノールを選択的に検出できました。この研究は、新しい SMP のユニークな特性のより良い理解を促進し、溶液および/または蒸気混合システムのスペクトルで微量の分析物を検出するために適用できる新しいタイプの発色センサーを実証しました。
この研究、膨張誘導全室内温度形状記憶効果によって可能になるプログラマブル マクロポーラス フォトニック クリスタルは、最近ジャーナル Advanced Functional Materials に掲載されました。 .
