I ricercatori della Tokyo Metropolitan University e della Shimane University hanno creato una pellicola ibrida trasparente che combina minerali argillosi naturali e coloranti in un materiale che cambia colore in risposta all'umidità ambientale. Il cambiamento di colore non comporta la rottura dei legami chimici; il team ha scoperto un nuovo meccanismo che rende il processo facilmente reversibile, per una funzionalità duratura utilizzando materiali ecocompatibili. Le applicazioni includono sensori ambientali, e amplificazione della luce all'avanguardia nei display.

La combinazione di coloranti con una vasta gamma di minerali naturali come clatrati (argille) e zeoliti (rocce porose) è un metodo ampiamente applicato, strategia promettente per la creazione di materiali ibridi in grado di interagire con la luce, o materiali "cromatici". La struttura fisica di questi materiali gioca un ruolo fondamentale; minuscolo, cavità di dimensioni nanometriche ospitano molecole fotosensibili che si comportano diversamente da quando sono libere in soluzione, con potenziali applicazioni a dispositivi emettitori di luce, raccolta della luce (come nelle celle solari) e nuovi sensori. Un team guidato dal Prof Takuya Fujimura del Dipartimento di Fisica e Scienza dei Materiali, Shimane University, e il Prof Shinsuke Takagi del Dipartimento di Chimica Applicata, Università metropolitana di Tokyo, hanno creato una pellicola trasparente composta da un minerale argilloso ecologico e da un colorante, porfirina di magnesio, che cambia colore in risposta all'umidità.

Ciò che rende speciale questo film è il meccanismo con cui ottiene un cambiamento così sorprendente. Le argille hanno una struttura a strati, con spazi sottili su scala nanometrica nel mezzo. Il team ha fatto un passo avanti tecnico nel portare la tintura in queste fessure senza formare aggregati, per garantire una risposta efficace. Gli strati di argilla cambiano la loro spaziatura in risposta all'umidità; il confinamento del colorante cambia. Più specificamente, gli elettroni che circondano la molecola del colorante, in particolare quelli coinvolti nel modo in cui interagisce con la luce, sono fatti per allinearsi con alcuni gruppi chimici nell'argilla, cambiando drasticamente il suo colore. Notare che nessun legame chimico viene rotto o creato. Questo rende il film più compatibile con la commutazione ripetuta, con minor degrado del materiale.

Il film non è solo più durevole. Sia l'argilla che la tintura potrebbero essere materiali di derivazione naturale. Ciò significa minor costo, maggiore sicurezza e maggiore compatibilità con l'ambiente. Il team spera di applicare la pellicola e il nuovo meccanismo ai sensori e all'amplificazione nei dispositivi che emettono luce.

Questo lavoro è segnalato in Langmuir .