Американські вчені створили полімерний наноструктурний матеріал, здатний як рослина згинатися в бік джерела світла. За рахунок різниці температур у стрижні з нового матеріалу, викликаної локальним нагрівом світлочутливих наночастинок, він гнеться до тих пір, поки не буде спрямований у бік падіння променя. Новий матеріал може в чотири рази підвищити ефективність пристроїв перетворення енергії світла, говориться в дослідженні, опублікованому в.
Багато живих організмів здатні рухатися під дією вішніх факторів середовища: клітини і бактерії, наприклад, можуть мігрувати у бік підвищення концентрації поживних речовин, а рослини орієнтують свої органи перпендикулярно падаючому світлу для більшої ефективності отримання енергії.
Вчені вже штучно створювали чутливі до світла матеріали, проте зміни форми визначалися відмінністю орієнтацій молекул у матеріалі, а не розташуванням джерела світла. Деформації сильно залежали від температури, інтенсивності світла та інших зовнішніх факторів, що ускладнювало контроль над рухами матеріалу.
Сяоші Цянь (Xiaoshi Qian) з колегами з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі створили штучні фототропні стрижні з різних фоточутливих полімерів. Аналогічно механізму, який використовується рослинами (подовження клітин в затемнених ділянках стебля), автори використовували матеріали, які стискалися при попаданні світла і збільшенні температури так, що стрижень асиметрично деформувався.
Для демонстрації принципу вчені досліджували поведінку чотирьох матеріалів: термочутливого гідрогелю з наночастинками золота або відновленого оксиду графену в якості фоторецепторів; сополімера цього гідрогелю з поліакриламідом і світлочутливим поліпіролом; іншого гідрогелю з поліаніліном як поглинача світла; а також рідкокристалічного еластомера з барвником індиго.
Штучний фототропізм відбувався завдяки кільком фізичним процесам: перетворення енергії фотонів на теплову, дифузія речовин під дією тепла і механічна деформація. Світло викликало в нанофотопоглотителях плазмонний резонанс і точковий нагрів освітлених ділянок гідрогелю, в результаті чого вони стискалися і стрижень повертався до тих пір, поки не зникала різниця температур, тобто поки він не опинявся спрямований у бік падіння світла. Коли освітлення припинялося, стрижень повертався у вихідне недеформоване положення, а при падінні нового променя знову швидко (на один градус за три соті секунди) реагував на зміну його кута.
Кілька таких стрижнів, розташованих на одній поверхні, могли відхилятися від осі в бік падіння світла на 84 градуси, забезпечуючи в чотири рази більшу можливість перетворення енергії світла в теплову, ніж статичні фотопреутворювачі.
Автори дослідження продемонстрували принцип на чотирьох матеріалах. За їхніми словами, подібним чином можуть поводитися й інші гідрогелі, рідкокристалічні еластомери та полімери на основі азобензолу або спіропірану.
Приводити в рух під дією світла можна не тільки полімери. Наприклад, група гонконзьких хіміків створили з кремнію, платини та оксиду титану мікропловців, керованих світлом. Їх переміщення забезпечувалося взаємодією зарядів в них з полем, яке виникало в результаті фотохімічної реакції.