طور الباحثون مواد جديدة يُمكن أن تتحول من الحالة الصلبة إلى السائلة والعكس عند تعرضها للضوء في درجة حرارة الغرفة، وتبقى في الحالة الجديدة حتى بعد إزالة الضوء. وأظهر الباحثون أيضًا أنه يمكن استخدام الضوء لخلق كريستالات سائلة في مادة صلبة أو صلبة في مادة سائلة، مما يخلق مواد ثابتة تكون صلبة وسائلة.
تقوم المواد التقليدية بتبديل حالاتها بسبب التغيرات في درجة الحرارة أو الضغط. على سبيل المثال، يمكن تحويل الثلج الصلب إلى ماء سائل عن طريق التسخين أو عن طريق زيادة الضغط (يخفض الضغط العالي نقطة الانصهار، مما يؤدي إلى ذوبان الجليد في درجات حرارة أكثر برودة من المعتاد).
ومع ذلك، تكون بعض البوليمرات صلبة بشكل دائم حتى عندما تتعرض لتغيرات شديدة في درجة الحرارة أو الضغط، فلا تصبح سائلة أبدًا. ولكن يُمكن تعديل هذه المواد – والتي تسمى بوليمرات تساهمية- بحيث يؤدي التحفيز الخارجي مثل الضوء أو الحرارة إلى تحولها من مادة صلبة إلى سائلة. ولكن هذا مجرد تغيير مؤقت، حيث يعود البوليمر مرة أخرى إلى شكله الصلب بمجرد إزالة العامل الحفاز.
في الدراسة الجديدة، قدم الباحثون بوليمرين جديدين، أحدهما صلب ويُمكن تحويله إلى سائل والآخر سائل ويُمكن تحويله إلى مادة صلبة. فالبوليمرات -من أي نوع- هي أول مواد يُمكن أن تخضع لتغيير دائم في الحالة الفيزيائية استجابة لحافز غير درجة الحرارة أو الضغط (وفي هذه الدراسة، الضوء).
تبدأ مرحلة التحول للبوليمرات الصلبة والسائلة عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية بطول موجي 365 نانومتر لمدة خمس دقائق تقريبًا. ومع ذلك، فإن الضوء يؤثر على الاثنين بشكل مختلف. يحتوي البوليمر السائل في البداية على قاعدة تعزز تفاعل تبادل ثيول ثيوإستر (stress-relaxing thiol-thioester exchange reaction)، مما يتسبب في أن يتصرف البوليمر مثل السائل، لكن المادة الصلبة لا تحتوي في البداية على هذه القاعدة. لكن عندما يتعرض البوليمر الصلب للضوء، يطلق الضوء محفزًا فيطلق القاعدة، ويعزز تفاعل تخفيف التوتر ويحول المادة الصلبة إلى سائل. من ناحية أخرى، عندما يتعرض البوليمر السائل للضوء، يطلق الضوء محفزًا مختلفًا فيطلق حمض، يُعادل القاعدة ويوقف تفاعل تخفيف التوتر، الذي يحول البوليمر السائل إلى مادة صلبة.
استخدام الضوء بدلًا من درجة الحرارة أو الضغط للتحكم في تغيرات الحالة الفيزيائية يسمح للباحثين بتحديد مناطق صلبة وسائلة منفصلة في مادة واحدة. لتوضيح ذلك، استخدم الباحثون الطباعة الحجرية النانوية لتصميم قناع ضوئي على شكل جاموسة (شكل التميمة بجامعة كولورادو بولدر حيث تم عمل الدراسة)، وباستخدام أطوال موجتين مختلفتين من الضوء، تمكنوا من إنتاج شكل جاموسة سائلة على خلفية صلبة أو جاموسة صلبة على خلفية سائلة. وعلى الرغم من أنها تتكون من صلب وسائل، إلا أن المواد مستقرة وتظل الأجزاء السائلة والصلبة منفصلة بشكل دائم.
يتوقع الباحثون أن هذه القدرات في المستقبل ستفتح الأبواب أمام مجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة التي تُستخدم فيها البوليمرات.
كتابة: آية أحمد
مراجعة: آلاء عمارة
تحرير: إسراء وصفي
تصميم: نهى عبد المحسن
