De bouwstenen van rationeel ontworpen chemicaliën zijn eenvoudige elementen:koolstof, waterstof, zuurstof enzovoort. Deze elementen kunnen op talloze manieren worden gecombineerd om een ​​verscheidenheid aan chemicaliën met verschillende eigenschappen tot stand te brengen. Zelfs dezelfde chemische stof kan anders worden behandeld - met druk of hitte, bijvoorbeeld om drastisch verschillende eigenschappen te tonen. Een eenvoudigere versie is om te bedenken hoe water kan worden gekookt om pasta te koken of ingevroren om ijs te worden - hetzelfde ingrediënt kan via temperatuurbehandeling in twee verschillende toestanden worden gemaakt.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers werken aan een betere controle over hoe de chemicaliën reageren op de behandeling, evenals hoe de chemicaliën terug te keren naar hun oorspronkelijke staat met weinig tot geen interferentie. Een dergelijke controle zou wetenschappers in staat stellen de waarnemingssystemen van omgevingsstimuli voor te bereiden, en herhaal de detectie continu.

Een team van onderzoekers van de Yokohama National University heeft dergelijke resultaten bereikt met een specifieke verbinding die licht kan uitstralen en die mogelijke toepassingen heeft in de volgende generatie slimme apparaten, zoals draagbare apparaten en schilderijen tegen namaak. Ze publiceerden hun resultaten online op 12 september, voor print in Chemische communicatie .

De verbinding is een derivaat van thiofeen, dat is een kleurstof met mechanochrome luminescentie-eigenschappen - het verandert van kleur onder fysieke verandering. Het begint een violette gloed uit te stralen onder de bestraling van UV-licht, maar omdat het wordt blootgesteld aan mechanische prikkels, zoals slijpen, de violette gloed verschuift iets naar blauw. Een andere externe interventie kan ervoor zorgen dat de verbinding geneest en weer violet wordt.

"Mechanochromisch luminescente (MCL) kleurstoffen hebben de laatste tijd veel belangstelling getrokken vanwege hun potentiële toepassingen, " zei Suguru Ito, paper auteur en universitair hoofddocent bij de afdeling Chemie en Life Science in de Graduate School of Engineering Science aan de Yokohama National University. "Echter, het is nog steeds erg moeilijk om MCL-kleurstoffen met de gewenste eigenschappen rationeel te ontwerpen."

In dit onderzoek, echter, onderzoekers ontdekten dat door toevoeging van een andere chemische stof genaamd DMQA, de kleurstof veranderde in oranje onder mechanische stimuli. De kleurstof had ook niet meer externe prikkels nodig om terug te keren naar violet.

"We hebben twee soorten rationele ontwerprichtlijnen gecombineerd voor het afstemmen van de lichtgevende eigenschappen, resulterend in de gewenste - en ongekende - kenmerken van contrastrijke, zelfherstellende kleurstoffen, ' zei Ito.

De eerste rationele ontwerprichtlijn is dat het herstelgedrag van de kleurstof kan worden toegeschreven aan de lengte van de alkylgroep in de verbinding - een langere keten van koolstofatomen met waterstofatomen in de kleurstof zorgt ervoor dat de kleurstof op tijd kan herkristalliseren en genezen. De tweede is dat door te mengen met DMQA, het kleurbereik tussen de oorspronkelijke staat en de grondtoestand verschilt sterk.

"De volgende stap is het opstellen van een rationele ontwerprichtlijn om de reactie van de kleurstof op mechanische stimuli te beheersen, " zei Ito. "Mijn uiteindelijke doel is om een ​​innovatief drukgevoelig systeem te ontwikkelen door rationeel een materiaal te creëren dat zijn emissiekleur in fasen kan veranderen als reactie op mechanische stimuli van verschillende intensiteit."

Met zo'n controle, Ito zou mechanische stimuli kunnen gebruiken om precies een specifieke en beoogde reactie op te wekken. Een beetje druk kan de violette gloed in blauw veranderen, een beetje meer druk duwt de gloed dichter bij rood. Een systeem met een dergelijk vermogen zou stapsgewijze veranderingen en herstel door de stimulus mogelijk maken, die zeer nuttig kunnen zijn in de volgende generatie slimme materialen, volgens Ito.