p Alternando, camadas nanométricas de moléculas hidrofílicas e hidrofóbicas se auto-montam em um copolímero em bloco denominado gel fotônico, desenvolvido na Rice University e no Massachusetts Institute of Technology. Ele muda de cor dependendo da quantidade de água absorvida pelas camadas hidrofílicas, que pode ser ajustado pelo solvente usado. Crédito:Thomas Lab / Rice University
p (Phys.org) - Cientistas de materiais da Rice University e do Massachusetts Institute of Technology (MIT) criaram filmes de mudança de cor muito finos que podem servir como parte de sensores baratos para deterioração ou segurança de alimentos, elementos ópticos multibanda em sistemas movidos a laser e até mesmo como parte de telas de alto contraste. p O novo trabalho liderado pelo cientista de materiais do Rice, Ned Thomas, combina polímeros em um único, metamaterial auto-montado que, quando exposto a íons em uma solução ou no ambiente, muda de cor dependendo da capacidade dos íons de se infiltrar nas camadas hidrofílicas (que gostam de água).
p A pesquisa foi publicada na revista American Chemical Society.
ACS Nano .
p O material com microns de espessura, denominado gel fotônico, muito mais fino que um cabelo humano, é tão barato fazer isso, Thomas disse, "Poderíamos cobrir uma área do tamanho de um campo de futebol com este filme por cerca de cem dólares."
p Mas para aplicações práticas, pedaços muito menores serviriam. "Suponha que você queira um sensor de comida, "disse Thomas, William e Stephanie Sick Dean da Escola de Engenharia George R. Brown de Rice e ex-presidente do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT. "Se estiver dentro de uma embalagem lacrada e o ambiente nessa embalagem mudar devido à contaminação, envelhecimento ou exposição à temperatura, um inspetor veria aquele sensor mudar de azul para vermelho e saberia imediatamente que a comida está estragada. "
p Um gel fotônico desenvolvido na Rice University e no Massachusetts Institute of Technology se auto-monta a partir de longas moléculas de polímero. Poliestireno e poli (2-vinil piridina) são misturados em uma solução que, quando evaporado, permite que os polímeros se formem rapidamente em camadas nanométricas. As camadas podem ser ajustadas para refletir cores específicas quando expostas a determinados produtos químicos. Crédito:Joseph Walish / MIT
p Essas dicas visuais são boas, ele disse, "especialmente quando você precisa olhar para muitos deles. E você pode ler esses sensores com baixa tecnologia, com seus próprios olhos ou um espectrofotômetro para escanear as coisas. "
p Os filmes são feitos de camadas em nanoescala de poliestireno hidrofóbico e poli (2-vinil piridina) hidrofílico. Na solução líquida, as moléculas de polímero são difundidas, mas quando o líquido é aplicado a uma superfície e o solvente evapora, as moléculas de copolímero em bloco se automontam em uma estrutura em camadas.
p As moléculas de poliestireno se agrupam para manter as moléculas de água fora, enquanto o poli (2-vinil piridina), P2VP para abreviar, forma suas próprias camadas entre o poliestireno. Em um substrato, as camadas se formam em uma pilha transparente de "nano-panquecas" alternadas. "A beleza da automontagem é que ela é simultânea, todas as camadas se formando de uma vez, "Disse Thomas.
p Os pesquisadores expuseram seus filmes a várias soluções e encontraram cores diferentes, dependendo de quanto solvente foi absorvido pelas camadas P2VP. Por exemplo, com uma solução de cloro / óxido / ferro que não é prontamente absorvida pelo P2VP, o filme é transparente, Disse Thomas. "Quando tiramos isso, lave o filme e traga uma nova solução com um íon diferente, a cor muda. "
p Os pesquisadores transformaram progressivamente um filme transparente em azul (com tiocianato), para verde (iodo), para amarelo (nitrato), para laranja (bromo) e finalmente para vermelho (cloro). Em cada caso, as mudanças eram reversíveis.
p Um gel fotônico desenvolvido na Rice University foi submetido a uma série de mudanças de cor quando repetidamente lavado e exposto a novos compostos. Os géis mostram potencial para sensores e filtros baratos. Crédito:Thomas Lab / Rice University
p Thomas explicou que a troca direta de contra-íons da solução para o P2VP expande essas camadas e cria um gap fotônico - o equivalente à luz de um gap semicondutor - que permite que a cor em um comprimento de onda específico seja refletida. "Os comprimentos de onda nessa lacuna de banda fotônica são proibidos de se propagar, " ele disse, o que permite que os géis sejam ajustados para reagir de maneiras específicas.
p "Imagine um sólido em que você cria uma lacuna de banda em todos os lugares, exceto ao longo de um caminho 3-D, e digamos que o caminho seja uma região estreitamente definida que você pode fabricar dentro desse material fotônico. Depois de colocar luz nesse caminho, é proibido sair porque não pode entrar no material, devido ao gap.
p "Isso é chamado de moldar o fluxo de luz, "disse ele." Hoje em dia, na fotônica, as pessoas pensam na luz como se fosse água. Isso é, você pode colocá-lo nesses canos minúsculos. Você pode ativar a luz em cantos muito nítidos. Você pode colocá-lo onde quiser, mantenha-o de onde você não quiser. O encanamento da luz tem sido muito mais fácil do que no passado, devido à fotônica, e em cristais fotônicos, devido a lacunas de banda. "
