Химия в России и за рубежом (канал ИОНХ РАН)

Forwarded from ISPM_science

🧩Что делает мир вокруг нас цветным? В первую очередь - непосредственно то, что даёт объектам их окраску – красители и пигменты, которые сообщают нам информацию о цвете, поглощая падающий свет определённых длин волн и отражая оставшуюся часть спектра. Однако существует в природе метод окраски, отличный от возбуждения молекул красителей – структурная окраска, основанная на упорядочивании микро/наноструктур в фотонные кристаллы, что вызывает периодическое изменение показателя преломления, т.е. «поглощение» света основано не на электронных переходах, а исключительно на оптических явлениях – дифракции и интерференции. Простейший пример подобных систем – окраска крыльев некоторых видов бабочек, хамелеонов, насекомых или некоторые минералы, в частности опал, представляющий из себя гидратированную аморфную силику. Подобная окраска устойчива к выцветанию, так как гораздо меньше зависима от фотоокисления, даёт огромную выборку цветов и является более экологически чистой.
🔝Современные фотонные кристаллы способны реагировать на разные формы возбуждения, изменяя свой цвет, однако часто они не имеют способности к эффективному самовосстановлению, что особенно важно, если речь идёт о механохромизме – изменению полосы поглощения при механическом воздействии, а также не способны эффективно «запоминать» цвет при прекращении воздействия. Тем не менее, они уже находят применение в виде сенсоров, безчернильной печати, защиты от подделки денег и ценных бумаг, умных окнах и многих других сферах.
🧑🏻‍🔬Однако недавно группа учёных из Шаосинского университета и Университета Китайской Академии Наук Ханчжоу смогла разработать систему из матрицы на основе 2-[[(бутиламино)карбонил]окси]этил акрилата (BCOEA), поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA) и частиц силики диаметром ~200 нм, которые смешивают в этаноле, затем упаривают растворитель и проводят полимеризацию под действием УФ-лампы. В результате образуются неплотно упакованные коллоидные кристаллы, распределённые в матрице, сшитой как редкими ковалентными участками полиэтиленгликоля, так и водородными связями между уретановыми фрагментами в боковых цепях pBCOEA. Введение уретановых цепей придаёт материалу способность самовосстанавливаться после разрезания, а также адгезию к самым разным субстратам благодаря нековалентным механизмам – водородным связям, диполь-дипольным и Ван-дер-Ваальсовым взаимодействиям. Сам материал при этом демонстрирует чувствительность сразу к нескольким видам воздействий – он демонстрирует механохромизм – при растяжении постепенно наблюдается синее смещение, чувствительность к нажатиям, насыщенность цвета прямо зависит от температуры – при нагревании сатурация цвета значительно снижается, а также явление сольватохромии, причём не только между разными классами растворителей – аминами, галогенидами бензола, ароматическими углеводородами и спиртами, но и между гомологами внутри одного класса и даже изомерами, что позволяет различать их или обнаруживать в сложных системах. Помимо этого, крайне важным достижением стала способность сохранять цвет плёнки после прекращения воздействия, а также сохранять форму, так как температура стеклования данного материала всего лишь -8°С, что открывает разные возможности его применения, например для индикации нарушения температурного режима в пищевой промышленности, чувствительных к нажатиям дисплеев, создания паттернов для защиты от подделки денег, самых разных сенсоров, умных оптических фильтров, цветной печати нового поколения и прочего.

Текст публикации доступен по ссылке

www.group-telegram.com/id/chemrussia.com/5210

1.8K viewsJan 12 at 06:04

🧩Что делает мир вокруг нас цветным? В первую очередь - непосредственно то, что даёт объектам их окраску – красители и пигменты, которые сообщают нам информацию о цвете, поглощая падающий свет определённых длин волн и отражая оставшуюся часть спектра. Однако существует в природе метод окраски, отличный от возбуждения молекул красителей – структурная окраска, основанная на упорядочивании микро/наноструктур в фотонные кристаллы, что вызывает периодическое изменение показателя преломления, т.е. «поглощение» света основано не на электронных переходах, а исключительно на оптических явлениях – дифракции и интерференции. Простейший пример подобных систем – окраска крыльев некоторых видов бабочек, хамелеонов, насекомых или некоторые минералы, в частности опал, представляющий из себя гидратированную аморфную силику. Подобная окраска устойчива к выцветанию, так как гораздо меньше зависима от фотоокисления, даёт огромную выборку цветов и является более экологически чистой.
🔝Современные фотонные кристаллы способны реагировать на разные формы возбуждения, изменяя свой цвет, однако часто они не имеют способности к эффективному самовосстановлению, что особенно важно, если речь идёт о механохромизме – изменению полосы поглощения при механическом воздействии, а также не способны эффективно «запоминать» цвет при прекращении воздействия. Тем не менее, они уже находят применение в виде сенсоров, безчернильной печати, защиты от подделки денег и ценных бумаг, умных окнах и многих других сферах.
🧑🏻‍🔬Однако недавно группа учёных из Шаосинского университета и Университета Китайской Академии Наук Ханчжоу смогла разработать систему из матрицы на основе 2-[[(бутиламино)карбонил]окси]этил акрилата (BCOEA), поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA) и частиц силики диаметром ~200 нм, которые смешивают в этаноле, затем упаривают растворитель и проводят полимеризацию под действием УФ-лампы. В результате образуются неплотно упакованные коллоидные кристаллы, распределённые в матрице, сшитой как редкими ковалентными участками полиэтиленгликоля, так и водородными связями между уретановыми фрагментами в боковых цепях pBCOEA. Введение уретановых цепей придаёт материалу способность самовосстанавливаться после разрезания, а также адгезию к самым разным субстратам благодаря нековалентным механизмам – водородным связям, диполь-дипольным и Ван-дер-Ваальсовым взаимодействиям. Сам материал при этом демонстрирует чувствительность сразу к нескольким видам воздействий – он демонстрирует механохромизм – при растяжении постепенно наблюдается синее смещение, чувствительность к нажатиям, насыщенность цвета прямо зависит от температуры – при нагревании сатурация цвета значительно снижается, а также явление сольватохромии, причём не только между разными классами растворителей – аминами, галогенидами бензола, ароматическими углеводородами и спиртами, но и между гомологами внутри одного класса и даже изомерами, что позволяет различать их или обнаруживать в сложных системах. Помимо этого, крайне важным достижением стала способность сохранять цвет плёнки после прекращения воздействия, а также сохранять форму, так как температура стеклования данного материала всего лишь -8°С, что открывает разные возможности его применения, например для индикации нарушения температурного режима в пищевой промышленности, чувствительных к нажатиям дисплеев, создания паттернов для защиты от подделки денег, самых разных сенсоров, умных оптических фильтров, цветной печати нового поколения и прочего.

Текст публикации доступен по ссылке

BY Химия в России и за рубежом (канал ИОНХ РАН)