نویسنده : فاطمه حاجی محمدی
ماده فتوکرومیک چیست:
یکی از مهم ترین دسته های مواد هوشمند مواد تغییر رنگ دهنده هستند. این مواد در معرض شرایط مختلف تغییر رنگ می دهند.
در برخی موارد تغییر رنگ موقت و بازگشت پذیر است و در برخی موارد این مواد، تغییر رنگ دائمی دارند.
فتوکرومیسم واکنش بازگشت پذیری بین دو ماده با ضریب جذب های متفاوت است که با دریافت امواج الکترومغناطیسی انجام می شود. لغت فتوکرومیسم از Phos یونانی به معنی نور و chroma یونانی به معنی رنگ گرفته شده است.
پلیمر های فتوکروم:
این پلیمر ها با هدف ایجاد ابزارهای هوشمند تهیه می شوند به طوری که در معرض یک محرک خارجی پاسخ‌هایی از قبل تغییر رنگ تغییرات رسانایی الکتریکی و مکانیکی را نشان می دهند مواد پلیمری هوشمند که در برابر محرک های نوری پاسخ هایی به شکل تغییرات رنگ و طراحی مکانیکی نشان می‌دهند پلیمر های هوشمند فتوکروم نام دارند و در زمینه های زیستی پزشکی الکترونیک فوتونیک و نانوفناوری کاربردهای گسترده ای یافته اند.
به دلیل کاربردهای گسترده پلیمرهای فتوکروم در زمینه‌های مختلف از قبیله حافظه های نوری سامانه های امنیتی پزشکی و الکترونیکی پژوهش های گسترده ای در سال های اخیر در زمینه این پلیمرها انجام شده است.
-برای مطالعه بیشتر درباره پلیمر های هوشمند اینجا کلیک کنید
کاربرد پلیمر های فتوکروم:
کاربرد این پلیمرها در تهیه ابزارهای ضبط کننده اطلاعات با قابلیت پاک شوندگی مجدد که اطلاعات با لیزرهای دیودی این ترکیبات می‌شود می‌توان اشاره کرد .
از دیگر کابرد های این پلیمر ها می توان به حافظه های نوری سامانه های امنیتی پزشکی و الکترونیک اشاره کرد.
انواع ترکیبات پلیمر های فتوکروم:
مهم ترین ترکیبات این دسته از پلیمرها ترکیبات اسپرو که شامل اسپیروپیران و اسپیروکسازین و دی ازو و دی اریل اتن هستند.
این چهار نوع ترکیب فتوکروم به دلیل سرعت زیاد پاسخ محرکه خارجی و حساسیت بسیار زیاد آن ها به تغییرات محیطی جزو مهم ترین ترکیبات هستند از سوی دیگر مقاومت آن ها در برابر تخریب های محیطی زیاد است ونیز با ماتریس های پلیمری سازگار هستند.
این ترکیبات هوشمند دارای اهمیت گسترده در تهیه پلیمرهای هوشمند فتوکروم هستند که به شکل کاملا برگشت‌پذیر به محرک‌هایی مانند دما، قدرت یونی، قطبیت حلال، تغییرات PH و به ویژه نور پاسخ می‌دهند.
حساسیت ترکیبات اسپرو به گونه‌ای است که حتی در حلال های متفاوت خاص فتوکرومی متفاوتی از جمله تغییر رنگ های گوناگون را متحمل می شوند.
۱- ترکیبات اسپیروپیران و اسپیروکسازین:
همانطور که از نام این ترکیبات مشخص است یک پیوند اسپیرو مشترک میان دو حلقه در ساختار شیمیایی آن ها وجود دارد تفاوت اسپیروپیران با اسپیروکسازین در اتم نیتروژن اضافی موجود در ساختار اسپیروکسازین است .
ساز و کار فتوکرومی در این ترکیبات به گونه‌ای است که با تابش نور فرابنفش پیوند اسپیرو مشترک میان دو حلقه گسسته شده و ایزومر اسپیرو بدون‌رنگ به ایزومر مروسیانین تبدیل می‌شود.
یان تغییر رنگ های مشاهده شده برگشت‌پذیر هستند واکنش برگشت می‌تواند با نور مرئی و گرما ایجاد شود این ترکیبات با جذب نور فرابنفش و انجام واکنش ایزومری شدن پیک جزئی در ناحیه ۵۰۰ الی ۷۰۰ نانومتر نشان می‌دهد.
البته ترکیبات اسپیرو در این ناحیه دارای نشر فلوئورسان نیز هستند و می‌توانند نشر فلوئورسان رنگ های مجاور خود را خاموش کنند در این حالت این سامانه با نام دو رنگ شناخته می‌شود.
این ترکیبات به طور معمول به منظور وارد شدن به ماتریس های پلیمری باید با اصلاح شیمیایی به مونومرهای مربوطه تبدیل شود البته در مواردی دیده شده است این ترکیبات را با دوپه کردن به ماتریس های پلیمری وارد کرده‌اند.
اما این روش به دلیل اینکه اتصال شیمیایی میان ترکیب فتوکروم و ماتریس پلیمری وجود ندارد مناسب نیست.
در سال‌های اخیر اکثر مقالات به این نکته اشاره کردند وارد شدن این ترکیبات به ماتریس های پلیمری هم منجر به انتقال خواص فتوکرومی به آن می‌شود و هم ماتریس پلیمری باعث محافظت رنگ ترکیبات فتوکروم در برابر تخریب های محیطی می‌شود که افزایش پایداری نوری را نیز به دنبال دارد از روش های متداول برای تهیه پلیمرهای فتوکروم حاوی اسپیرو پیرانها هموپلیمر شدن یا پلیمر شدن یا مونومرهای وینیلی مناسب پس از اصلاح شیمیایی ساختار است.
۲- ترکیبات دی ازو:
ترکیبات دی آذو دسته از ترکیبات رنگی هستند که در ساختار خود پیوند -N=N- دارند.
پیوند دی ازو در حالت عادی به شکل ایزومر ترانس است و با تابش نور فرابنفش به ایزومر سیس تبدیل می شود این ترکیبات در هر دو حالت ایزومری خود دارای رنگ هستند و بر اثر واکنش های ایزومری شدن تفاوتی در رنگ آن ها مشاهده نمی‌شود اما این ایزومری شدن می تواند همراه با تغییر در بیشینه طول موج جذبی برای هر دو ایزومر باشد .
علت اصلی توجه به این ترکیبات تغییرات فیزیکی و مکانیکی است که می‌تواند بر اثر ایزومری شدن ایجاد شود.
پوشش های پلیمری تهیه شده بر پایه ترکیبات دی ازو می توانند در دماهای متفاوت و تابش نور فرابنفش با طول موج های مختلف تغییرات فیزیکی و مکانیکی متفاوتی را متحمل شود.
در واقع در این ترکیبات با استفاده از عامل شبکه ای کننده که در ساختار خود دارای پیوند دی ازو است پوشش های هوشمند با قابلیت حرکت های متفاوت در جهات مختلف تهیه شده است .
این تغییرات آرایش به واسطه وجود ترکیبات دی ازو به طور گسترده در ماتریس های پلیمری بلور مایع به منظور ایجاد آرایش یافتگی در آن ها تحت تابش نور فراوان استفاده می شود.
تغییر آرایش در ترکیبات بلور مایع منجر به تغییرات فیزیکی و شیمیایی به ویژه مکانیکی درخواص پلیمر می‌شود این ترکیبات به شکل گروه های آویزان و حتی به عنوان عامل شبکه ای کننده در زنجیر اصلی پلیمر استفاده می‌شود.
۳- ترکیبات دی اریل اتن:
در واقع ترکیبات فتوکروم ای چند حلقه هستند که واکنش فتوکروم ای آن ها به وسیله واکنش های مشابه با ساز و کار حلقه زایی دلیز-الدهید انجام می‌شود.
از سوی دیگر ساز و کار فتوکرومیک یا همان واکنش رفت و برگشت به شکلی است که ایزومر های رنگی و حلقوی آن ها از نظر گرمایی کاملا پایدارند.
در مقابل واکنش برگشت آن ها کاملاً از راه ساز و کار نور شیمیایی پیش می‌رود.
کاربرد اصلی آنها در تهیه ابزار های ذخیره کننده اطلاعات به شکل نوری است و رقیب جدی برای ترکیبات بلور مایع در این صنعت هستند همانطور که قبلاً گفته شد این ترکیبات از راه واکنش های ناجور حلقه خواص فتوکرومی نشان می دهند.
با تابش نور فرابنفش بلورهای بی رنگ به رنگ های زرد قرمز آبی یا سبز بسته به نوع گروه‌های استخلافی موجود در ساختار تغییر می‌کند این تغییر رنگ در اثر تغییر ساختار الکترونی اجزای مولکول های دی اریل اتن در بلورها با تابش نور ایجاد می‌شود.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.