شعار زيفيرنت

تحول بالضوء: تم اكتشاف اللونية الضوئية السريعة في مادة غير عضوية غير مكلفة

التاريخ:

يتغير لون كبريتيد الزنك المشبع بالنحاس عند الإضاءة ويمكن استخدامه في النوافذ والنظارات الشمسية الذكية

أليس من الملائم تعتيم نوافذ المباني المكتبية بشكل تكيفي وفقًا لشدة ضوء الشمس؟ أو عندما تتحول النظارات العادية إلى نظارات شمسية تحت الشمس وتعود مرة أخرى عند دخولك المبنى؟ هذه المآثر ممكنة بفضل المواد الفوتوكرومية ، التي تتغير خصائصها البصرية (وغيرها) جذريًا عند تعريضها للإشعاع بالضوء المرئي أو فوق البنفسجي.

اليوم ، تُصنع جميع المواد الفوتوكرومية سريعة التبديل تقريبًا باستخدام مركبات عضوية. لسوء الحظ ، هذا يجعلها مكلفة للغاية ومعقدة في التركيب ، مما يتطلب عمليات متعددة الخطوات يصعب توسيع نطاقها للإنتاج بالجملة. لذلك ، على الرغم من عدد لا يحصى من التطبيقات المحتملة التي يمكن أن تتيحها هذه المواد ، فإن تطبيقها التجاري كان محدودًا. لقد ثبت أن العثور على مواد فوتوكرومية غير عضوية سريعة التحول ، والتي يمكن أن تجعل تلك التطبيقات المحتملة ممكنة تجاريًا على نطاق واسع ، أمرًا صعبًا. ومع ذلك ، نشرت دراسة جديدة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية يجلب الأمل الجديد في هذا المجال.

في هذه الدراسة ، اكتشف فريق من العلماء من جامعة ريتسوميكان باليابان ، بقيادة الأستاذ المساعد يويتشي كوباياشي ، أن البلورات النانوية لكبريتيد الزنك (ZnS) المخدرة بأيونات النحاس (Cu) لها خصائص ضوئية غريبة. عندما تتعرض للإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة المرئية (UV-Vis) ، تتحول هذه البلورات من الأبيض الكريمي إلى الرمادي الداكن. الأمر المثير للاهتمام بشكل خاص هو أنه عند إيقاف تشغيل مصدر الإشعاع ، يستغرق الأمر حوالي دقيقة كاملة حتى تعود المادة إلى لونها الأبيض الكريمي الأصلي في الهواء ، ولكنها تفعل ذلك في نطاق ميكروثانية عند غمرها في المحاليل المائية. شرع الفريق في تحليل هذه المادة نظريًا وتجريبيًا ، مصممًا على توضيح تعقيدات سلوكها اللوني الذي لم يسبق له مثيل.

ولكن لماذا تغير البلورات النانوية ZnS المشبعة بالنحاس لونها عندما تتعرض للإشعاع بالضوء ، ولماذا قد تستغرق وقتًا طويلاً حتى تعود إلى لونها الأصلي؟ الجواب ، كما أثبت العلماء ، له علاقة كبيرة بديناميكيات حاملات الشحنة الضوئية. عندما يصطدم الفوتون بمادة ما ، يمكن للتصادم أن ينشط الإلكترونات ويجعلها تترك مواقعها المستقرة في مداراتها الجزيئية. يترك غياب الإلكترون شحنة موجبة موضعية يشار إليها في فيزياء الحالة الصلبة باسم "ثقب".

في معظم المواد ، يوجد زوج ثقب الإلكترون لفترة قصيرة جدًا قبل أن يلغي أحدهما الآخر ، ويعيد إصدار جزء صغير من الطاقة التي حصل عليها الإلكترون في الأصل. ومع ذلك ، فإن الصورة مختلفة تمامًا في ZnS المشوى بالنحاس. يتم محاصرة الثقوب بشكل فعال بواسطة أيونات النحاس بينما يمكن للإلكترونات المثارة ضوئيًا القفز بحرية إلى الجزيئات الأخرى ، وهذه التأثيرات تؤخر عملية إعادة التركيب. كما أوضح الفريق ، فإن الثقوب طويلة العمر تغير الخصائص البصرية للمادة ، مما تسبب في التأثير اللوني المرصود.

يمثل اكتشاف أول بلورة نانوية غير عضوية لإظهار صبغة ضوئية سريعة التبديل تقدمًا مطلوبًا في هذا المجال ، خاصة للتطبيقات العملية. "كبريتيد الزنك غير سام نسبيًا ويمكن تصنيعه بسهولة بتكلفة منخفضة" ، كما يعلق كوباياشي. "نعتقد أن بحثنا سيؤدي إلى الاستخدام الواسع النطاق للمواد الفوتوكرومية سريعة الاستجابة في المجتمع." تشمل الأمثلة على التطبيقات البارزة لمثل هذه المواد الفوتوكرومية التلفزيون ثلاثي الأبعاد ، والنظارات الذكية ، ونوافذ السيارات والمنازل ، وحتى التخزين الهولوغرافي عالي السرعة. يمكن استخدامها أيضًا كعوامل متقدمة لمكافحة التزييف للعلامات التجارية والأدوية المهمة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه الدراسة لها آثار على الباحثين الراغبين في التعمق أكثر في مجالات أخرى من الفيزياء البصرية التطبيقية. في هذا الصدد ، يلاحظ كوباياشي: "لقد أثبتنا أن التفاعل الفوتوكرومي للمواد النانوية يمكن ضبطه من خلال التحكم في عمر الحاملات الضوئية. إن استكشاف المواد النانوية الجديدة باستخدام ناقلات متحمسة طويلة العمر أمر مهم ليس فقط للمواد اللونية ، ولكن أيضًا للعديد من المواد الوظيفية الضوئية المتقدمة ، مثل المواد المضيئة والمحفزات الضوئية. "

دعونا نأمل أن تمهد هذه الدراسة الطريق للضوء الفوتوكرومي للوصول إلى حياتنا اليومية والمساعدة في جعل مستقبلنا أكثر إشراقًا (بشكل تكيفي)!

# # #

الرقم المرجعي

عنوان الورقة الأصلية: اللونية الضوئية السريعة من النوع T للبلورات النانوية الغروية المصنوعة من النحاس المطلي بالنحاس

مجلة: مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية

دوى: 10.1021 / jacs.0c10236

حول جامعة Ritsumeikan ، اليابان

تأسست جامعة Ritsumeikan في عام 1869 بروح من الليبرالية والعالمية ، وهي واحدة من أفضل الجامعات في اليابان ؛ كانت أول من صنفته Quacquarelli Symonds. تضم الجامعة الآن ثلاثة فروع رئيسية في كيوتو وشيجا وأوساكا وتضم أكثر من 36,000 طالب. إنها الوجهة الأولى الموصى بها لتبادل الطلاب ، بل إنها توفر الفرصة لكسب بعض الشهادات بالكامل باللغة الإنجليزية. ترتكز فلسفتها التعليمية على السلام والديمقراطية ، وتسعى الجامعة جاهدة لمواجهة العصر الحالي من التغيرات السريعة مع تنوع غني من الناس والأفكار.

الموقع: http: // en.ritsumei.ميلان.جب /

نبذة عن البروفيسور المشارك يويتشي كوباياشي من جامعة ريتسوميكان ، اليابان

تخرج يويتشي كوباياشي من جامعة كوانسي جاكوين باليابان في عام 2007 ، حيث حصل أيضًا على درجة الدكتوراه في عام 2011. عمل في الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم في جامعة تورنتو ، كندا ، وجامعة أوياما جاكوين لعدة سنوات قبل ذلك. انضم إلى جامعة Ritsumeikan كأستاذ مشارك في عام 2017. وهو الآن يقود مجموعة بحثية في مختبر الكيمياء الفيزيائية الضوئية ، حيث يجرون دراسات متطورة حول اللونية الضوئية والبنى النانوية الضوئية والجسيمات النانوية والفيزياء الضوئية والكيمياء الضوئية. وقد نشر أكثر من 50 ورقة علمية محكمة.

معلومات التمويل

تم دعم هذا العمل جزئيًا بواسطة JSPS KAKENHI (Grant Numbers JP18K14194، JP18H05263، 19H00888، 20K21174، 20K05419، 18H05407) ، Nippon Sheet Glass Foundation for Material Science and Engineering، Grant-in-Aid for Transformative Research areas، “Dynamic Exciton” (JP20 ) ، ومؤسسة Masuya للبحوث. تم إجراء قياسات XPS في JAIST ، بدعم من برنامج منصة تكنولوجيا النانو (تركيب الجزيئات والمواد) التابع لوزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا (MEXT) ، اليابان.

المصدر: https://bioengineer.org/transformed-by-light-fast-photochromism-discovered-in-an-inexpensive-inorganic-material/

بقعة_صورة

أحدث المعلومات الاستخباراتية

بقعة_صورة