Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University en Shimane University hebben een transparante hybride film gemaakt die natuurlijke kleimineralen en kleurstoffen combineert tot een materiaal dat van kleur verandert als reactie op de luchtvochtigheid. De kleurverandering houdt geen verbreking van chemische bindingen in; het team ontdekte een nieuw mechanisme dat het proces gemakkelijk omkeerbaar maakt, voor langdurige functionaliteit met gebruik van milieuvriendelijke materialen. Toepassingen zijn onder meer omgevingssensoren, en ultramoderne lichtversterking in displays.

Het combineren van kleurstoffen met een breed scala aan natuurlijke mineralen zoals clathraten (klei) en zeolieten (poreus gesteente) is een veel toegepaste, veelbelovende strategie voor het creëren van hybride materialen die kunnen interageren met licht, of "chrome" materialen. De fysieke structuur van deze materialen speelt een sleutelrol; klein, holten ter grootte van een nanometer spelen gastheer voor lichtgevoelige moleculen die zich anders gedragen dan wanneer ze vrij zijn in oplossing, met mogelijke toepassingen voor lichtgevende apparaten, licht oogsten (zoals in zonnecellen) en nieuwe sensoren. Een team onder leiding van Prof Takuya Fujimura van de afdeling Natuurkunde en Materiaalkunde, Shimane-universiteit, en Prof Shinsuke Takagi van de afdeling Toegepaste Chemie, Tokyo Metropolitan University, hebben een transparante film gemaakt van een milieuvriendelijk kleimineraal en een kleurstof, magnesiumporfyrine, die van kleur verandert als reactie op vochtigheid.

Wat deze film bijzonder maakt, is het mechanisme waarmee het zo'n opvallende verandering teweegbrengt. Kleien hebben een gelaagde structuur, met daartussen dunne ruimtes op nanometerschaal. Het team heeft een technische doorbraak bereikt door de kleurstof in deze gaten te krijgen zonder aggregaten te vormen, om een ​​effectieve reactie te garanderen. De kleilagen veranderen hun afstand als reactie op vochtigheid; de opsluiting van de kleurstof verandert. Specifieker, de elektronen die het kleurstofmolecuul omringen, vooral degenen die betrokken zijn bij de interactie met licht, zijn gemaakt om op één lijn te komen met bepaalde chemische groepen in de klei, drastisch van kleur veranderen. Merk op dat er geen chemische bindingen worden verbroken of gemaakt. Dit maakt de film meer compatibel met herhaald schakelen, met minder degradatie van het materiaal.

De film is niet alleen duurzamer. Zowel de klei als de kleurstof kunnen natuurlijk afgeleide materialen zijn. Dat betekent lagere kosten, verbeterde veiligheid en verbeterde compatibiliteit met de omgeving. Het team hoopt de film en het nieuwe mechanisme toe te passen op sensoren en versterking in lichtgevende apparaten.

Dit werk is gerapporteerd in Langmuir .