Хіміки зі США та Польщі розробили новий матеріал на основі рідкокристалічних еластомерів, форму якого можна змінювати за допомогою ультрафіолетового опромінення та температури. Форма матеріалу визначається фазою, в якій в даний момент знаходиться його рідкокристалічна складова, а фіксується вона за допомогою системи ковалентних зв'язків між гнучкими частинами молекул. У майбутньому цей матеріал можна буде використовувати в робототехніці або для створення світлочутливих механічних пристроїв, пишуть вчені в.
У рідкокристалічних полімерах окремі елементи, які можуть вибудовуватися в упорядковану структуру, пов'язані між собою рухомими полімерними ланцюжками. Рідкокристалічна частина цих матеріалів зазвичай утворена з ароматичних елементів (наприклад, з на основі бензолу або нафталіну), а між ними розташовуються вуглеводневі ланцюжки довжиною в кілька вуглецевих атомів з гнучким скелетом. За рахунок наявності ароматичних елементів за допомогою зовнішнього впливу - температури, кислотності або опромінення - в них можна викликати фазовий перехід між різними фазами з різним типом упорядкування. Ці переходи, у свою чергу, призводять до зміни механічних властивостей або форми матеріалу. Тим не менш, управляти цими процесами, тобто зробити їх швидкими, зверненими і повністю відтворюваними, поки не вдавалося.
Важливий крок у цьому напрямку зробили хіміки зі США та Польщі під керівництвом Крістофера Боумана (Christopher N. Bowman) з Колорадського університету в Боулдері. Вчені отримали рідкокристалічний еластомер, формою якого можна управляти з використанням ультрафіолетового випромінювання і нагрівання. Хімічна структура цієї сполуки включала в себе акрилатні олігомери і лінійні вуглеводневі ланцюжки, які зв'язувалися між собою за допомогою сульфідних зв'язок.
Після отримання матеріал відразу опромінювали ультрафіолетом (автори використовували світло довжиною хвилі 365 нанометрів і потужність до 50 міліват на квадратний сантиметр). Ультрафіолет призводив до того, що ароматичні фрагменти молекул шикувалися в певному напрямку, в результаті чого матеріал згортався. За допомогою нагріву матеріал можна було повернути у вихідний стан, а після зворотного охолодження еластомер знову згортався.
При цьому в початковій рідкокристалічній структурі (яка утворилася після опромінення) анізотропні ароматичні елементи були повернуті на 90 градусів відносно основної рідкокристалічної фази. Але якщо при охолодженні до матеріалу докласти потрібне механічне навантаження (тобто витягувати його в потрібному напрямку), то можна перевести його в основну рідкокристалічну фазу. Таким чином, варіюючи послідовність опромінення, нагрівання та охолодження, можна керувати формою матеріалу, переводячи його в один з трьох станів: тимчасове «початкове», основне рідкокристалічне і неупорядковане ізотропне.
Працездатність такої схеми вчені перевірили на невеликому пласкому шматочку еластомера, який вони згорнули в складчасту структуру за схемою міури. Ця форма була зафіксована за допомогою ультрафіолетового опромінення, а потім її змінювали за рахунок нагрівання та охолодження в межах від 20 до 100 градусів Цельсія.
За словами авторів роботи, в майбутньому подібний матеріал можна використовувати в робототехніці і для створення світлочутливих механічних елементів різних пристроїв. Крім того, за допомогою аналогічного підходу можна буде отримувати матеріали з перемиканими оптичним властивостями, адгезією або змочуванням.
Варто зазначити, що до формування рідкокристалічної структури схильні не тільки синтетичні полімери, а й деякі природні макромолекули. Наприклад, група хіміків з Італії та США помітила, що рідко-кристалічні структури можуть самостійно формуватися з фрагментів молекул ДНК. На думку вчених, цей механізм міг лежати в основі абіотичного синтезу перших нуклеїнових кислот на Землі.