محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران در تحقیقات آزمایشگاهی خود موفق به ساخت نانوفیلم‌هایی پلیمری شفافی شده‌اند که از توانایی ذخیره سازی نوری اطلاعات برخوردار است. سرعت بالای پاسخگویی این فیلم‌ها، به همراه برگشت پذیری و انعطاف مناسب، از مهم‌ترین ویژگی‌های آن‌ها محسوب می‌شود.
ساخت نانوفیلم‌های منعطف با توانایی ذخیره سازی اطلاعات
امروزه یکی از مرزهای دانش پلیمر در جهان، پیرامون ترکیبات هوشمند و به اصطلاح سیستم‌های تحریک-پاسخ قرار دارد. پلیمرهای هوشمند (intelligent)دسته‌ای از پلیمرهای سنتزی با خواص منحصر به فرد فیزیکی-شیمیایی هستند که از زمان پیدایش، کاربردهای بسیاری را در زمینه های تخصصی و تجاری پیدا کرده‌اند. پلیمرهای پاسخگو به محرک (stimuli-responsive) و حساس به محیط (environmentally-sensitive) نام‌های دیگر این دسته مواد هستند. در این پلیمرها، بر اثر قرارگیری در معرض یک محرک، تغییراتی برگشت پذیر در ساختاری ماکروسکوپی، ابعادی، شیمیائی یا فیزیکی صورت می‌گیرد. پلیمرهای پاسخگو به محرک در منسوجات و وسایل پزشکی هوشمند، دستگاه‌های الکتروشیمیایی، ماهیچه‌های مصنوعی و روباتیک، مواد حساس به گرما و نور،عملگرهای ویژه در فضاپیماها و دیگر کاربردها قابل استفاده هستند.
دکتر علیرضا مهدویان- عضو هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران– هدف اصلی این پژوهش را کار بر روی مواد پیشرفته از قبیل پلیمرهای هوشمند حساس به نور با قابلیت پاسخگوئی همزمان به چند محرک عنوان کرد و گفت: «در این راستا تلاش شده تا یک روش بسیار ساده برای وارد کردن پلیمرهای هوشمند فوتوکرومیک به داخل ماتریس‌های پلیمری و همچنین افزایش سرعت پاسخ گویی این ترکیبات درون ساختار پلیمری ارائه شود. در نهایت پلیمرهایی تهیه شده است که دارای قابلیت تغییر رنگ در برابر نور فرابنفش-مرئی و همچنین حلال‌هایی با قطبیت متنوع هستند.»
به گفته‌ی این محقق، نانوفیلم‌های طراحی شده دارای کاربرد در زمینه‌ی ذخیره سازی نوری اطلاعات هستند. همچنین این ساختارها توانایی پاک شوندگی و ذخیره سازی مجدد اطلاعات را نیز دارند. البته از دیگر کاربردهای آن‌ها می‌توان به استفاده در سیستم‌های ضدجعل مانند کاغذ و اسکناس، حسگرهای تعیین قطبیت حلال یا محیط اطراف و ابزارهای هوشمند اشاره کرد.
مهدویان در ادامه عنوان کرد: «این نانوفیلم‌ها در مقیاس صنعتی می‌توانند به عنوان جایگزینی برای روش‌های قدیمی ذخیره سازی اطلاعات مانند دیسک‌های فشرده و نیز کاغذهای ضد جعل قرار گیرند. البته این موضوع هم اکنون در مقیاس آزمایشگاهی در حال انجام است.»
وی در خصوص روش ساخت این نانوفیلم‌ها توضیح داد: «به منظور ساخت این نانو فیلم‌ها از روش پلیمریزاسیون امولسیونی متداول در آب استفاده شده است. این روش علاوه بر سهولت، سرعت پلیمریزاسیون بالا، ویسکوزیته پایین و کنترل مورفولوژی، به علت عدم استفاده از حلال های شیمیایی دوست دار محیط زیست نیز هست.»
مهدویان در خصوص تفاوت این کار با پژوهش‌های گذشته عنوان کرد: «بیشتر تحقیقات انجام شده در این حوزه بر روی پلیمرهای سخت و شکننده است که این موضوع کاربرد آن‌ها را محدود می‌نماید. در عین حال ویژگی‌های ذکر شده(سختی و شکنندگی) سرعت پاسخگوئی و برگشت پذیری را که از نکات کلیدی و مهم در پلیمرهای هوشمند است، تحت تأثیر قرار داده و کاهش می‌دهد. این در حالی است که با بررسی‌های صورت گرفته در این پژوهش، شرایطی فراهم گردیده که علاوه بر انعطاف مناسب فیلم‌های پلیمری با کنترل دمای انتقال شیشه‌ای آن‌ها( که دامنه کاربرد را گسترش می‌دهد)، سرعت پاسخگوئی و قابلیت برگشت پذیری نیز به میزان قابل ملاحظه‌ای بهبود یابد. در واقع ذرات پلیمری فوتوکرومیک مورد استفاده دارای ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر هستند و این ابعاد کوچک به افزایش بازده پاسخ دهی در کنار محافظت از رنگ فوتوکرومیک در مقابل تأثیرات مخرب محیطی و نیز فوتوکرومیسم منفی منجر می‌شود.»
شایان ذکر است که در این طرح، از آزمون‌های جذب نور فرابنفش و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی خواص این نانوساختارها استفاده شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های محمد حسین شریفیان- کارشناس ارشد علوم و تکنولوژی پلیمر- دکتر علیرضا مهدویان و دکتر حمید صالحی مبارکه- اعضای هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران– است. نتایج این کار در مجله‌ی Langmuir با ضریب تأثیر ۳/۸۳۳ (جلد ۳۳، سال ۲۰۱۷، صفحات ۸۰۲۳ تا ۸۰۳۱) منتشر شده است.
دکتر علیرضا مهدویان- عضو هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران– هدف اصلی این پژوهش را کار بر روی مواد پیشرفته از قبیل پلیمرهای هوشمند حساس به نور با قابلیت پاسخگوئی همزمان به چند محرک عنوان کرد و گفت: «در این راستا تلاش شده تا یک روش بسیار ساده برای وارد کردن پلیمرهای هوشمند فوتوکرومیک به داخل ماتریس‌های پلیمری و همچنین افزایش سرعت پاسخ گویی این ترکیبات درون ساختار پلیمری ارائه شود. در نهایت پلیمرهایی تهیه شده است که دارای قابلیت تغییر رنگ در برابر نور فرابنفش-مرئی و همچنین حلال‌هایی با قطبیت متنوع هستند.»
به گفته‌ی این محقق، نانوفیلم‌های طراحی شده دارای کاربرد در زمینه‌ی ذخیره سازی نوری اطلاعات هستند. همچنین این ساختارها توانایی پاک شوندگی و ذخیره سازی مجدد اطلاعات را نیز دارند. البته از دیگر کاربردهای آن‌ها می‌توان به استفاده در سیستم‌های ضدجعل مانند کاغذ و اسکناس، حسگرهای تعیین قطبیت حلال یا محیط اطراف و ابزارهای هوشمند اشاره کرد.
مهدویان در ادامه عنوان کرد: «این نانوفیلم‌ها در مقیاس صنعتی می‌توانند به عنوان جایگزینی برای روش‌های قدیمی ذخیره سازی اطلاعات مانند دیسک‌های فشرده و نیز کاغذهای ضد جعل قرار گیرند. البته این موضوع هم اکنون در مقیاس آزمایشگاهی در حال انجام است.»
وی در خصوص روش ساخت این نانوفیلم‌ها توضیح داد: «به منظور ساخت این نانو فیلم‌ها از روش پلیمریزاسیون امولسیونی متداول در آب استفاده شده است. این روش علاوه بر سهولت، سرعت پلیمریزاسیون بالا، ویسکوزیته پایین و کنترل مورفولوژی، به علت عدم استفاده از حلال های شیمیایی دوست دار محیط زیست نیز هست.»
مهدویان در خصوص تفاوت این کار با پژوهش‌های گذشته عنوان کرد: «بیشتر تحقیقات انجام شده در این حوزه بر روی پلیمرهای سخت و شکننده است که این موضوع کاربرد آن‌ها را محدود می‌نماید. در عین حال ویژگی‌های ذکر شده(سختی و شکنندگی) سرعت پاسخگوئی و برگشت پذیری را که از نکات کلیدی و مهم در پلیمرهای هوشمند است، تحت تأثیر قرار داده و کاهش می‌دهد. این در حالی است که با بررسی‌های صورت گرفته در این پژوهش، شرایطی فراهم گردیده که علاوه بر انعطاف مناسب فیلم‌های پلیمری با کنترل دمای انتقال شیشه‌ای آن‌ها( که دامنه کاربرد را گسترش می‌دهد)، سرعت پاسخگوئی و قابلیت برگشت پذیری نیز به میزان قابل ملاحظه‌ای بهبود یابد. در واقع ذرات پلیمری فوتوکرومیک مورد استفاده دارای ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر هستند و این ابعاد کوچک به افزایش بازده پاسخ دهی در کنار محافظت از رنگ فوتوکرومیک در مقابل تأثیرات مخرب محیطی و نیز فوتوکرومیسم منفی منجر می‌شود.»
شایان ذکر است که در این طرح، از آزمون‌های جذب نور فرابنفش و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی خواص این نانوساختارها استفاده شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های محمد حسین شریفیان- کارشناس ارشد علوم و تکنولوژی پلیمر- دکتر علیرضا مهدویان و دکتر حمید صالحی مبارکه- اعضای هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران– است. نتایج این کار در مجله‌ی Langmuir با ضریب تأثیر ۳/۸۳۳ (جلد ۳۳، سال ۲۰۱۷، صفحات ۸۰۲۳ تا ۸۰۳۱) منتشر شده است.
