由 FAMU-FSU 工程学院研究人员领导的一个团队对响应光而改变其形状的分子有了新的认识。

研究基于偶氮苯的聚合物的研究人员发现，它们的自由体积——衡量聚合物链之间空间的量度——与聚合物将可见光辐射转化为机械能的能力密切相关。

结果发表在《先进功能材料》上.

“如果你把一群人放在电梯里，真的很难出去，”资深作者、康明斯公司 FAMU-FSU 工程学院机械工程教授比利奥茨说。“但如果你之间有足够的空间，你可以四处走动。这就是我们发现的，聚合物分子质量之间的空间会产生影响。”

偶氮苯是一种可光切换的化合物。这意味着电磁辐射——特别是紫外线和可见光——可以改变分子的几何形状和化学性质。

偶氮苯聚合物网络看起来像很多串在一起的面条。当光到达网络时，它会导致一些分子变短并从棒状变为回旋镖状。

以前的研究已经研究了偶氮苯的光机械性质，但这项工作是第一个在分子尺度上量化偶氮苯聚合物系统的体积能量转换的工作。研究人员发现，随着自由体积从 0.5% 增加到 12%，光能到机械能的转换比增长了 10 倍。

作为这项工作的另一部分，研究人员还开发了一种新的粗粒度模型来解释偶氮苯聚合物如何相互作用。粗粒度模型是一种简化大型复杂分子系统行为的方法，同时将信息损失降至最低，因此科学家们可以进行模拟，而这些模拟在其他情况下使用精细的分子模型是不可行的。

该研究可能会导致新的智能材料技术。例如，工程师可以使用光来远程控制机器组件，而不是使用电线来输送电力。一种可能的应用可能是移动作为太阳能热电厂阵列一部分的许多镜子的方法。

“你不必担心电线凌乱，”奥茨说。“你只需要一条视线就能获得系统中的光线。这是这里最大的机会，开发一种用光驱动材料和结构的新方法。”

上海交通大学、昆士兰大学和康奈尔大学的研究人员为这项研究做出了贡献。