东京科技大学的科学家发现，通过一个缝隙使用扫描紫外线（UV）光可以提高光聚合反应的效率，从而产生更高分子量的聚合物。这种简单而有效的方法促进了反应物之间的分子扩散，导致更长聚合物链的形成，同时显著降低了能耗。这一突破为更可持续和高效的聚合物合成方法铺平了道路。
东京科技大学的研究人员揭示，通过在一个缝隙中扫描紫外线（UV）光，可以显著提高光聚合反应的效率，从而生产出更高分子量的聚合物。这种不复杂的方法促使反应物中的分子扩散，有利于更长聚合物链的发展，并同时节省大量能量，为更可持续和高效的聚合物合成打开了大门。
聚合物是由长而重复的分子链构成的材料，而这些链的相互作用主要决定了聚合物的物理和化学性质。对于聚合物的基本理解可以追溯到1930年代，外部作用力通常被视为有害。例如，当一个聚合物被拉伸时，它可能会缠结或甚至断裂，从而降低其整体强度。
然而，在最近几十年中，研究人员始终表明，外部作用力也可以对聚合物产生有益的影响。当正确应用时，机械力和流场可以通过改变聚合物的相态、光学性质和结晶度，为特定聚合物引入新的功能。尽管在这一领域（称为机械化学）取得了显著进展，但关于这些力如何影响聚合物的生长特性仍然了解有限。
幸运的是，在东京工业大学的志士渡明教授领导下，研究团队进一步探索了这一主题。他们的研究于2024年7月29日发表在《宏观分子》上，研究了动态紫外光如何产生流场，从而影响光聚合过程，提供了一种有趣而灵活的聚合物合成控制方法。
分析的具体光聚合反应包括以M6BACP作为单体（最终聚合物的基本成分）以及光引发剂Irgacure 651。该化合物吸收紫外线并分解为反应性自由基，与单体结合，促使它们粘合。与传统的光聚合过程不同，后者均匀地将整个溶液暴露在紫外线下，该研究利用慢速移动的缝隙照射紫外光。
这种简单的方法导致了最终聚合物的显著差异，如在各类比较实验中所展示的。“使用扫描紫外光进行光聚合产生了高分子量的聚合物，与使用静态均匀光相比，所需的曝光剂量减少了90%。”志士渡强调道。
研究人员推测，紫外光生成的分子流产生了两个关键效果。首先，它使得生长中的聚合物轻微扩散到未被光照射的区域，这里的浓度较低。这使得新的自由基变得可用，从而继续生长。其次，自由基和单体也会扩散；自由基朝未照射的区域定向，而单体则朝照射的区域。这种联合扩散导致了在照射区域中自由基相对于单体的浓度较低，从而降低了可能限制聚合物链生长的终止反应的可能性。
这项研究不仅增强了对光聚合反应的理解，还展示了一种有效的方式来提升现有的工业过程和聚合物材料。“这种方法通过简单地增加照射光的运动显著提高了聚合效率，而无需更改目前使用的化合物或反应系统。这可以降低光聚合的能源成本，这在多种工业应用中是至关重要的，预计将应用于制造过程和聚合物合成的基础技术。”志士渡解释道。值得注意的是，观察到的益处不仅限于M6BACP，还包括各种常见聚合物，如丙烯酸酯。
