Les éléments constitutifs des produits chimiques conçus de manière rationnelle sont des éléments simples :le carbone, hydrogène, l'oxygène et ainsi de suite. Ces éléments peuvent être combinés de multiples façons pour obtenir une variété de produits chimiques aux caractéristiques différentes. Même le même produit chimique peut être traité différemment - avec pression ou chaleur, par exemple, pour montrer des propriétés radicalement différentes. Une version plus simple consiste à penser à la façon dont l'eau peut être bouillie pour cuire des pâtes ou congelée pour devenir de la glace - le même ingrédient peut être transformé en deux états différents via un traitement thermique.

Maintenant, les chercheurs s'efforcent de mieux contrôler la réaction des produits chimiques au traitement, ainsi que la façon de ramener les produits chimiques à leur état d'origine avec peu ou pas d'interférence. Un tel contrôle permettrait aux scientifiques de préparer les systèmes de détection des stimuli environnementaux, ainsi que répéter continuellement la détection.

Une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Yokohama a obtenu de tels résultats avec un composé spécifique qui peut émettre de la lumière et a des applications potentielles dans la prochaine génération d'appareils intelligents tels que les appareils portables et les peintures anti-contrefaçon. Ils ont publié leurs résultats en ligne le 12 septembre avant l'impression dans Communications chimiques .

Le composé est un dérivé du thiophène, qui est un colorant avec des propriétés de luminescence mécanochrome - il change de couleur sous un changement physique. Il commence à émettre une lueur violette sous l'irradiation de la lumière UV, mais comme il est exposé à des stimuli mécaniques, comme le broyage, la lueur violette vire légèrement au bleu. Une autre intervention externe peut faire guérir le composé et redevenir violet.

« Les colorants mécanochromes luminescents (MCL) ont récemment suscité un intérêt considérable en raison de leurs applications potentielles, " dit Suguru Ito, auteur de l'article et professeur agrégé au Département de chimie et des sciences de la vie de la Graduate School of Engineering Science de l'Université nationale de Yokohama. "Toutefois, il est encore très difficile de concevoir rationnellement des colorants MCL avec les caractéristiques souhaitées."

Dans cette étude, cependant, les chercheurs ont découvert qu'en ajoutant un autre produit chimique appelé DMQA, le colorant est devenu orange sous des stimuli mécaniques. Le colorant n'a pas eu besoin de plus de stimuli externes pour revenir au violet non plus.

"Nous avons combiné deux types de directives de conception rationnelle pour régler les propriétés luminescentes, résultant en les caractéristiques souhaitées - et sans précédent - de contraste élevé, colorants auto-récupérateurs, " dit Ito.

La première directive de conception rationnelle est que le comportement de récupération du colorant peut être attribué à la longueur du groupe alkyle dans le composé - une chaîne plus longue d'atomes de carbone avec des hydrogènes dans le colorant permet au colorant de recristalliser et de guérir dans le temps. La seconde est qu'en mélangeant avec de la DMQA, la gamme de couleurs entre l'état d'origine et l'état fondamental diffère considérablement.

"La prochaine étape consiste à établir une directive de conception rationnelle pour contrôler la réactivité du colorant aux stimuli mécaniques, ", a déclaré Ito. "Mon objectif ultime est de développer un système innovant de détection de pression en créant rationnellement un matériau qui peut changer sa couleur d'émission par étapes en réponse à des stimuli mécaniques d'intensité différente."

Avec un tel contrôle, Ito pourrait utiliser des stimuli mécaniques pour induire avec précision une réponse spécifique et voulue. Un peu de pression pourrait faire passer la lueur violette au bleu, un peu plus de pression pousse la lueur plus près du rouge. Un système avec une telle capacité permettrait des changements progressifs et des récupérations par le stimulus, ce qui pourrait être très bénéfique dans la prochaine génération de matériaux intelligents, selon Ito.