研究人員設(shè)計(jì)了可調(diào)諧的 可自我修復(fù)的染料 用于下一代智能設(shè)備

合理設(shè)計(jì)化學(xué)品的基礎(chǔ)是簡(jiǎn)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(xué)藥品。即使是相同的化學(xué)藥品，也可以通過(guò)壓力或加熱進(jìn)行不同的處理，以顯示出截然不同的特性。一個(gè)更簡(jiǎn)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(guò)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(xué)物質(zhì)對(duì)治療的反應(yīng)，以及如何在幾乎沒(méi)有干擾的情況下將化學(xué)物質(zhì)恢復(fù)至原始狀態(tài)。這種控制將使科學(xué)家能夠準(zhǔn)備環(huán)境刺激的傳感系統(tǒng)，并不斷重復(fù)進(jìn)行傳感。

橫濱國(guó)立大學(xué)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(shè)備(例如可穿戴設(shè)備和防偽畫(huà))中具有潛在的應(yīng)用。他們的結(jié)果于9月12日在線發(fā)布，提前在《化學(xué)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(jī)械變色發(fā)光特性的染料，它會(huì)隨著物理變化而變色。它在紫外線的照射下開(kāi)始發(fā)出紫光，但由于受到機(jī)械刺激(例如研磨)的影響，紫光略微變?yōu)樗{(lán)色。另一個(gè)外部干預(yù)可使該化合物愈合并再次變紫。

橫濱國(guó)立大學(xué)工程科學(xué)研究生院化學(xué)與生命科學(xué)系的論文作者，副教授蘇古魯·伊藤說(shuō)：“由于其潛在的應(yīng)用，機(jī)械變色發(fā)光(MCL)染料最近引起了相當(dāng)大的興趣。” “但是，要合理設(shè)計(jì)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(fù)的機(jī)械變色發(fā)光，該發(fā)光在紫色和橙色之間顯示出高對(duì)比度的發(fā)射顏色變化。圖片來(lái)源：橫濱國(guó)立大學(xué)

然而，在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)添加另一種稱(chēng)為DMQA的化學(xué)品，該染料在機(jī)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?fù)為紫色。

伊藤說(shuō)：“我們結(jié)合了兩種合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)光性能，從而獲得了理想的，前所未有的高對(duì)比度，可自我恢復(fù)的染料。”

第一個(gè)合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是染料的恢復(fù)行為可以歸因于化合物中烷基的長(zhǎng)度-染料中帶有氫的較長(zhǎng)碳原子鏈可以使染料及時(shí)重結(jié)晶和修復(fù)。第二個(gè)是通過(guò)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(shuō)：“下一步是建立合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以控制染料對(duì)機(jī)械刺激的反應(yīng)。” “我的最終目標(biāo)是通過(guò)合理地創(chuàng)建一種可以根據(jù)不同強(qiáng)度的機(jī)械刺激逐步改變其發(fā)射顏色的材料，從而開(kāi)發(fā)出一種創(chuàng)新的壓力傳感系統(tǒng)。”

通過(guò)這樣的控制，伊藤可以使用機(jī)械刺激來(lái)精確地引發(fā)特定的和預(yù)期的響應(yīng)。稍微加一點(diǎn)壓力就可以將紫羅蘭色的發(fā)光轉(zhuǎn)換為藍(lán)色，再加上一點(diǎn)點(diǎn)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(guò)刺激進(jìn)行逐步改變和恢復(fù)，這對(duì)于下一代智能材料可能是非常有益的。