Coloranti di grande interesse anche per l'elettronica organica sono stati recentemente preparati e cristallizzati presso l'Università di Tecnologia di Vienna. Tutto ciò che serve è l'acqua, anche se in condizioni del tutto insolite.

Questi coloranti impressionano non solo per il loro colore radioso e intenso, hanno anche un importante significato tecnologico:i coloranti organici sono una classe di materiali con proprietà estremamente speciali. Dagli schermi piatti alla carta elettronica alle carte con chip:in futuro, è probabile che molte tecnologie siano basate su molecole organiche come queste.

In precedenza, tali materiali potrebbero essere preparati solo utilizzando metodi di sintesi complessi che sono incredibilmente dannosi per l'ambiente. Però, i ricercatori dell'Università di Tecnologia di Vienna hanno ora sintetizzato con successo diversi rappresentanti tipici di questa classe di materiali in un modo completamente nuovo e diverso:i solventi tossici sono stati sostituiti con l'acqua. Ma come si fa? Quando l'acqua viene riscaldata a temperature estremamente elevate, le sue proprietà cambiano notevolmente. Dettagli del nuovo metodo di preparazione recentemente pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Angewandte Chemie .

Le proprietà dell'acqua cambiano senza bisogno di additivi

"Se dovessi ascoltare la tua sensazione istintiva iniziale, si potrebbe effettivamente sospettare che l'acqua sia il peggior solvente immaginabile per sintetizzare e cristallizzare queste molecole, " afferma Miriam Unterlass dell'Istituto di chimica dei materiali dell'Università di tecnologia di Vienna. "La ragione di questa aspettativa è che i coloranti che produciamo sono estremamente idrorepellenti". Per esempio, applicare una piccola goccia d'acqua su un colorante in polvere secco, la goccia rotola via. Il colorante non può essere miscelato con l'acqua.

Ma questo comportamento si applica solo all'acqua come la conosciamo dall'uso quotidiano. I ricercatori della Vienna University of Technology hanno utilizzato acqua riscaldata ad almeno 180 °C in speciali recipienti a pressione. In queste condizioni, la pressione aumenta drasticamente, in modo che la maggior parte dell'acqua rimanga liquida nonostante le temperature elevate. Le proprietà chimiche e fisiche dell'acqua cambiano drasticamente in queste condizioni.

Troppo caldo per il legame idrogeno

"Le proprietà del freddo, l'acqua liquida è fortemente influenzata da ciò che è noto come legame idrogeno, " spiega Miriam Unterlass. "Si tratta di legami deboli tra molecole d'acqua che vengono costantemente rotti e riformati." In media, ogni molecola d'acqua è collegata ad altre tre o quattro molecole d'acqua in qualsiasi momento a temperatura ambiente. Nella pentola a pressione, il numero di questi legami idrogeno per molecola diminuisce.

"Ciò significa anche che nell'acqua ad alte temperature sono presenti molti più ioni rispetto alle condizioni standard:una certa quantità di H ₂ Le molecole di O possono diventare H ₃ O+ o OH-, " spiega Unterlass. E questo cambia drasticamente le proprietà dell'acqua:in un certo senso, si comporta come un acido e una base allo stesso tempo:può agire sia come catalizzatore acido che basico e quindi accelerare determinate reazioni o addirittura abilitarle in primo luogo.

Tra l'altro, il maggior numero di ioni nell'acqua a temperature elevate è una causa chiave per facilitare la dissoluzione di sostanze organiche che sono del tutto insolubili in condizioni normali. Di conseguenza, le molecole di colorante studiate possono non essere sintetizzate solo in acqua, ma anche cristallizzati:si dissolvono a temperature sufficientemente elevate per poi cristallizzare man mano che si raffreddano.

"Normalmente, sono necessari solventi tossici per preparare o cristallizzare tali coloranti. Nel nostro caso, anche se, l'acqua pura mostra le proprietà del solvente desiderate:tutto ciò che serve è pressione e calore, "dice Miriam Unterlass.

Cristalli per l'elettronica di domani

"In uno stato altamente cristallino - cioè ad un alto grado di ordine a livello molecolare - le proprietà elettroniche di questi materiali migliorano. È quindi particolarmente importante per le applicazioni nell'elettronica organica avere un alto livello di controllo sul processo di cristallizzazione, "dice Unterlass.

Per questi cristalli invece, ci sono anche alcune applicazioni potenziali molto diverse. "Possono essere utilizzati ovunque i requisiti per i coloranti siano piuttosto esigenti, " dice Unterlass. "Una di queste applicazioni sarebbe la vernice per auto, o altre aree in cui prevalgono condizioni chimiche o termiche estreme, man mano che i materiali diventano anche più stabili, più sono cristallini."