研究人員設計了可調(diào)諧的 可自我修復的染料 用于下一代智能設備

合理設計化學品的基礎是簡單的元素：碳，氫，氧等。這些元素可以多種方式組合在一起，以制成具有不同特性的多種化學藥品。即使是相同的化學藥品，也可以通過壓力或加熱進行不同的處理，以顯示出截然不同的特性。一個更簡單的版本是考慮如何將水煮沸以煮意大利面或冷凍成冰—通過溫度處理，可以將同一成分制成兩種不同的狀態(tài)。

現(xiàn)在，研究人員正在努力更好地控制化學物質(zhì)對治療的反應，以及如何在幾乎沒有干擾的情況下將化學物質(zhì)恢復至原始狀態(tài)。這種控制將使科學家能夠準備環(huán)境刺激的傳感系統(tǒng)，并不斷重復進行傳感。

橫濱國立大學的一組研究人員使用一種可以發(fā)光的特定化合物取得了上述結(jié)果，該化合物在下一代智能設備(例如可穿戴設備和防偽畫)中具有潛在的應用。他們的結(jié)果于9月12日在線發(fā)布，提前在《化學通訊》上發(fā)表。

該化合物是噻吩的衍生物，噻吩是一種具有機械變色發(fā)光特性的染料，它會隨著物理變化而變色。它在紫外線的照射下開始發(fā)出紫光，但由于受到機械刺激(例如研磨)的影響，紫光略微變?yōu)樗{色。另一個外部干預可使該化合物愈合并再次變紫。

橫濱國立大學工程科學研究生院化學與生命科學系的論文作者，副教授蘇古魯·伊藤說：“由于其潛在的應用，機械變色發(fā)光(MCL)染料最近引起了相當大的興趣。” “但是，要合理設計具有所需特性的MCL染料仍然非常困難。”

兩組分染料顯示出自恢復的機械變色發(fā)光，該發(fā)光在紫色和橙色之間顯示出高對比度的發(fā)射顏色變化。圖片來源：橫濱國立大學

然而，在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過添加另一種稱為DMQA的化學品，該染料在機械刺激下變?yōu)槌壬?。該染料也不需要更多的外部刺激即可恢復為紫色?/p>

伊藤說：“我們結(jié)合了兩種合理的設計準則來調(diào)節(jié)發(fā)光性能，從而獲得了理想的，前所未有的高對比度，可自我恢復的染料。”

第一個合理的設計準則是染料的恢復行為可以歸因于化合物中烷基的長度-染料中帶有氫的較長碳原子鏈可以使染料及時重結(jié)晶和修復。第二個是通過與DMQA混合，原始狀態(tài)和基態(tài)之間的顏色范圍差異很大。

伊藤說：“下一步是建立合理的設計準則，以控制染料對機械刺激的反應。” “我的最終目標是通過合理地創(chuàng)建一種可以根據(jù)不同強度的機械刺激逐步改變其發(fā)射顏色的材料，從而開發(fā)出一種創(chuàng)新的壓力傳感系統(tǒng)。”

通過這樣的控制，伊藤可以使用機械刺激來精確地引發(fā)特定的和預期的響應。稍微加一點壓力就可以將紫羅蘭色的發(fā)光轉(zhuǎn)換為藍色，再加上一點點壓力就可以使發(fā)光更接近紅色。具有這種能力的系統(tǒng)將允許通過刺激進行逐步改變和恢復，這對于下一代智能材料可能是非常有益的。