Funktionsfilm lavet af miljøvenlige lermineraler og farvestoffer

Forskere fra Tokyo Metropolitan University og Shimane University har skabt en gennemsigtig hybridfilm, der kombinerer naturlige lermineraler og farvestoffer til et materiale, der ændrer farve som reaktion på miljøfugtighed. Farveskiftet indebærer ikke at bryde kemiske bindinger; teamet afdækkede en ny mekanisme, der gør processen let reversibel, for langvarig funktionalitet ved hjælp af miljøvenlige materialer. Ansøgninger omfatter miljøsensorer, og state-of-the-art lysforstærkning i displays.

Kombination af farvestoffer med en bred vifte af naturlige mineraler som clathrates (ler) og zeolitter (porøs sten) er en bredt anvendt, lovende strategi for at skabe hybridmaterialer, der kan interagere med lys, eller "krom" materialer. Den fysiske struktur af disse materialer spiller en nøglerolle; lille bitte, hulrum i nanometerstørrelse er vært for lysfølsomme molekyler, der opfører sig anderledes end når de er frie i opløsning, med potentielle applikationer til lysemitterende enheder, lyshøst (som i solceller) og nye sensorer. Et team ledet af prof. Takuya Fujimura fra Institut for Fysik og Materialevidenskab, Shimane Universitet, og professor Shinsuke Takagi fra Institut for Anvendt Kemi, Tokyo Metropolitan University, har skabt en gennemsigtig film lavet af et miljøvenligt lermineral og et farvestof, magnesiumporphyrin, der ændrer farve som reaktion på fugtighed.

Det, der gør denne film speciel, er den mekanisme, hvormed den opnår en så slående ændring. Ler har en lagdelt struktur, med tynde mellemrum i nanometer-skala imellem. Holdet fik et teknisk gennembrud i at få farvestoffet ind i disse huller uden at danne aggregater, for at sikre en effektiv reaktion. Lerlagene ændrer deres afstand som reaktion på fugtighed; indeslutningen af ​​farvestoffet ændres. Mere specifikt, elektronerne omkring farvestofmolekylet, især dem, der er involveret i, hvordan det interagerer med lys, er lavet til at stemme overens med visse kemiske grupper i leret, dramatisk ændrer sin farve. Bemærk, at ingen kemiske bindinger brydes eller fremstilles. Dette gør filmen mere kompatibel med gentagen skift, med mindre nedbrydning af materialet.

Filmen er ikke bare mere holdbar. Både leret og farvestoffet kunne være naturligt afledte materialer. Det betyder lavere omkostninger, forbedret sikkerhed og forbedret kompatibilitet med miljøet. Teamet håber at anvende filmen og den nye mekanisme på sensorer og forstærkning i lysemitterende enheder.

Dette arbejde er rapporteret i Langmuir .