Des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont développé un nouveau type de matériau cristallin à changement de couleur qui peut être utilisé pour indiquer la présence d'eau. Le changement de teinte est suffisamment spectaculaire pour être mesuré à l'œil nu. Ce travail pourrait conduire à la création de capteurs "vapochromiques" très sensibles qui peuvent montrer si un gaz ou une vapeur d'eau particulier est présent sans avoir besoin d'une alimentation externe.

Les capteurs chimiques sont importants pour de nombreux processus industriels. Pour garantir la sécurité et l'efficacité, les usines doivent souvent être surveillées pour détecter les gaz potentiellement toxiques ou même l'excès d'humidité. Les capteurs de vapeur d'eau sont particulièrement importants, mais peut avoir une durée de vie limitée ou nécessiter une alimentation externe. Pour remédier à ce, Des scientifiques de l'Université de Tsukuba ont inventé un nouveau matériau cristallin qui change de couleur lorsqu'il est exposé à la vapeur d'eau. A l'intérieur du cristal, de longues molécules ramifiées appelées dendrimères sont maintenues ensemble par les forces de van der Waals.

"Les dendrimères carbazole aromatiques contenant des cycles carbonés sont ancrés à un noyau de dibenzophénazine, " explique l'auteur principal, le professeur Yohei Yamamoto. " Fait intéressant, même si les forces de van der Waals sont généralement considérées comme relativement faibles, le cristal reste ensemble pendant le fonctionnement."

L'équipe de recherche a également largement caractérisé le nouveau matériau. En plus d'étudier la couleur à l'état hydraté et déshydraté par spectroscopie, les scientifiques ont utilisé des techniques telles que l'analyse par diffraction des rayons X sur cristal unique et sur poudre, ainsi que l'analyse thermogravimétrique. Sur la base des résultats expérimentaux et des calculs théoriques de la théorie fonctionnelle de la densité, ils ont pu déterminer le mécanisme moléculaire responsable des différentes apparences sous différentes concentrations d'eau. Les propriétés de changement de couleur du cristal proviennent des changements de conformation des dendrimères. Lors de l'exposition à la vapeur d'eau, les plans des unités carbazole les plus externes dans le cristal se tordent simultanément. Ce mouvement modifie les énergies des orbitales électroniques, ce qui amène les électrons à absorber différentes couleurs de lumière.

"Nous pensons que nos découvertes conduiront à une exploration plus approfondie des cristaux poreux de van der Waals, un peu comme les charpentes métallo-organiques qui ont trouvé leur place en chimie, " dit le professeur Yamamoto. " Ce travail peut conduire à une nouvelle classe de capteurs de gaz qui peuvent fonctionner dans des endroits difficiles d'accès, car ils ne nécessitent pas d'alimentation externe."