Gel, který dokáže měnit barvu na požádání

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 30. listopad 2007

Napsal Tereza Knířová

„Mezi mnoha jinými možnými aplikacemi, může být tento gel využíván jako rychlý a levný chemický indikátor,“ vysvětluj Edwin Thomas, profesor vědy o materiálech na MIT. Jedním z míst, kde se takový přírodní indikátor může uplatnit, je například proces zpracování a uchovávání potravin. Tento gel by mohl změnou barvy jednoduše ukázat, zda potravina, která má být uložena v suchu, nebyla vystavena vlhkosti. Kdyby došlo k zvlhnutí, objevila by se na výrobku jiná barva a spotřebitel by automaticky věděl, že konkrétní balení zboží není v takovém stavu, v jakém by se mělo nacházet.

Vnitřní struktura tohoto nového gelu je založena na systému vrstviček dvou látek. Velice důležitou součást gelu vyvinutého na MIT tvoří látka, která se roztáhne nebo smrští, jakmile je vystavena některým podnětům z vnějšího prostředí. Změny v šířce této látky, která je součástí gelu, způsobují změnu barvy napříč celým viditelným barevným spektrem světla.


Objekty, které odrážejí rozdílné barvy na základě toho, z jakého úhlu jsou pozorovány, již existují. Jakmile jsou ale jednou vyrobeny, jejich vlastnosti se žádnými vnějšími okolnostmi změnit nemohou. Právě proto se tým z MIT rozhodl vytvořit materiál, který bude moci měnit barvu na základě podnětů, které si sami určí.

„Chtěli jsme vyvinout něco, co bude „přizpůsobivé“, vysvětluje Thomas, vedoucí Katedry materiálů a technologií na MIT.

Aby toho docílili, začali s vytvořením tenkého filmu kopolymeru tvořeného střídavě ze dvou vrstev materiálů: polystyrenu a poly-di-vinyl-pyridu. Síla těchto jednotlivých vrstev a jejich refrakční indexy určují to, jaká barva se objeví na povrchu gelu.

Zachováním konstantní tloušťky vrstvy polystyrenu a změnami šířky poly-di-vinyl-pyridové vrstvy spolu s vnějšími podněty jako je pH nebo koncentrace soli, dokáží výzkumníci měnit zabarvení gelu řádově v sekundách.

„Je to chytrá a jednoduše realizovatelná metoda pro výrobu fotonického materiálu, jehož optické vlastnosti mohou být snadno přizpůsobeny velice široké řadě požadavků,“ říká Andrew Lovinger, ředitel Programu pro polymery z Národní vědecké nadace (National Science Foundation), která celý výzkum dotovala.

Klíčem k manipulování s tloušťkou vrstvy poly-di-vinyl-pyridové vrstvy je přidávání dusíku do každého jeho kladně nabitého segmentu a přetvoření polyelektrolytického řetězce, který se může zvětšit více než o 1000 procent svého vlastního objemu ve vodě.

Pokud jsou dále náboje kolem hlavního řetězce elektricky zastíněni jeden od druhého například přidáním vysoké koncentrace solných iontů do vody prostupující gelem, poly-di-vinyl-pyridové řetězce se zhroutí do zacuchaných shluků jako korálky na provázku. Když jsou solné ionty odstraněny, poly-di-vinyl-pyridové kladné náboje znovu odpudí jeden druhého a řetězec se prodlouží, což způsobí to, že se jednotlivé vrstvy poly-di-vinyl-pyridu roztáhnou a materiál odráží odlišnou barvu.

Díky polymerovému filmu se v případě nového gelu jedná o jednorozměrný svazek a s tím je i rozpínání omezeno pouze na jeden rozměr. Navíc gel vykazuje barevnou změnu o 575 procent v odrážené vlnové délce. Tento pokrok je dramatickým zlepšením oproti dřívějším gelům měnícím barvu, které jsou vyrobeny z nabitých koloidů v 3D mřížkované struktuře. Tyto gely se musejí rozpínat ve třech směrech a vykazují mnohem menší paletu barev.


Nový gel je také citlivý na změny v teplotě, tlaku a vlhkosti. „Můžeme využít mechanických nebo chemických vlivů k tomu, abychom dosáhly velkých barevných reakcí, které jdou napříč celým barevným spektrem od ultrafialové (300 nanometrů) až do infračervené (1600 nanometrů),“ dodává Thomas.

Výzkumný tým také pracuje na tom, aby gel měnil barvu na základě aplikovaného napětí.

Zdroj: Web.mit.edu