En farverig detektor

Forskere ved University of Tsukuba har udviklet en ny slags farveskiftende krystallinsk materiale, der kan bruges til at indikere tilstedeværelsen af ​​vand. Ændringen i farvetone er dramatisk nok til at blive observeret af det blotte menneskelige øje. Dette arbejde kan føre til skabelsen af ​​meget følsomme "vapokrome" sensorer, der kan vise, om en bestemt gas eller vanddamp er til stede uden behov for ekstern strøm.

Kemiske sensorer er vigtige for mange industrielle processer. For at sikre sikkerhed og effektivitet, fabrikker skal ofte overvåges for potentielt giftige gasser eller endda overskydende luftfugtighed. Sensorer til vanddamp er særligt vigtige, men kan have begrænset levetid eller kræve ekstern strøm. For at løse dette, forskere ved University of Tsukuba har opfundet et nyt krystallinsk materiale, der skifter farve, når det udsættes for vanddamp. Inde i krystallen, lange forgrenede molekyler kaldet dendrimerer holdes sammen af ​​van der Waals-kræfter.

"De aromatiske carbazoldendrimerer indeholdende carbonringe er forankret til en dibenzophenazinkerne, " forklarer seniorforfatter professor Yohei Yamamoto. "Interessant nok, selvom van der Waals styrker normalt anses for at være relativt svage, krystallen forbliver sammen under drift."

Forskergruppen har også udførligt karakteriseret det nye materiale. Ud over at studere farven i både de hydratiserede og dehydrerede tilstande ved hjælp af spektroskopi, forskerne brugte teknikker, herunder enkeltkrystal- og pulverrøntgendiffraktionsanalyse, samt termogravimetrisk analyse. På grundlag af de eksperimentelle resultater og teoretiske tæthedsfunktionelle teori -beregninger, de var i stand til at bestemme den molekylære mekanisme, der var ansvarlig for de forskellige udseende under forskellige vandkoncentrationer. Krystallens farveforskydende egenskaber stammer fra konformationsændringer i dendrimerer. Ved eksponering for vanddamp, planerne af de yderste carbazolenheder i krystallet vrider sig samtidigt. Denne bevægelse ændrer energierne i de elektroniske orbitaler, som får elektronerne til at absorbere forskellige farver af lys.

"Vi tror, ​​at vores resultater vil føre til yderligere udforskning af van der Waals porøse krystaller, meget ligesom metal-organiske rammer, der har fundet en plads i kemi, " Professor Yamamoto siger. "Dette arbejde kan føre til en ny klasse af gassensorer, der kan arbejde på svært tilgængelige steder, fordi de ikke kræver ekstern strøm. "