Reversible phase transitions in polymer gels induced by radiation forces

范德瓦尔斯力 聚合物 化学物理 分子间力 相变 相(物质) 氢键 疏水效应 材料科学 化学 纳米技术 热力学 复合材料 分子 物理 有机化学
作者
Saulius Juodkazis,Naoki Mukai,Ryosuke Wakaki,A. Yamaguchi,Shigeki Matsuo,Hiroaki Misawa
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:408 (6809): 178-181 被引量:332
标识
DOI:10.1038/35041522
摘要

Many polymer gels undergo reversible, discontinuous volume changes in response to changes in the balance between repulsive intermolecular forces that act to expand the polymer network and attractive forces that act to shrink it. Repulsive forces are usually electrostatic or hydrophobic in nature, whereas attraction is mediated by hydrogen bonding or van der Waals interactions. The competition between these counteracting forces, and hence the gel volume, can thus be controlled by subtle changes in parameters such as pH (ref. 4), temperature, solvent composition or gel composition. Here we describe a more direct influence on this balance of forces, by showing that the radiation force generated by a focused laser beam induces reversible shrinkage in polymer gels. Control experiments confirm that the laser-induced volume phase transitions are due to radiation forces, rather than local heating, modifying the weak interactions in the gels, in agreement with previous observations of light-induced chain association in polymer solutions. We find that, owing to shear-relaxation processes, gel shrinkage occurs up to several tens of micrometres away from the irradiation spot, raising the prospect that the combination of stimuli-responsive polymer gels and laser light might lead to new gel-based systems for applications such as actuating or sensing.
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