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日本科研人员用环保型粘土矿物和染料制成的功能性薄膜

文章来源：未知更新时间：2018-05-22 10:01:32

据悉，东京大学和岛根大学的研究人员将天然粘土矿物和染料混合到一种材料中研发了一种透明的混合薄膜，研究表明，该材料可以根据环境湿度的变化而使颜色变化，且这种颜色变化不会破坏分子间的化学键。该团队还发现了一种新的机理，使颜色变化过程易于逆转，使材料变得有持久功能性更加环保。该材料可以应用到环境传感器和最先进的显示器中的光放大等领域。

通过一种新的机理，由环保型粘土矿物和染料组成的可改变颜色和湿度的透明混合薄膜。（图片：高木信介）

将染料与多种天然矿物晶体（如粘土）和沸石（多孔岩石）相结合已经得到了广泛的应用，并且将其用于制造可与光或“铬”材料相互作用的杂化材料具有很光明的前景。

这些材料的物理结构起着关键作用; 微小的纳米尺寸的空腔可以承载光敏分子，光敏分子在纳米尺寸空腔里的行为与在溶液中游离时的不同，利用该行为可将这些材料用于发光设备，集光（如太阳能电池）和新型传感器。

由岛根大学物理与材料科学系Takuya Fujimura教授和东京都立大学应用化学系Shinsuke Takagi教授领导的研究小组创造了一种由环保型粘土矿物和染料制成的透明薄膜－镁卟啉，镁卟啉通过对湿度作出响应而改变颜色（Langmuir，“使用由阳离子镁卟啉和粘土矿物组成的透明混合膜可应用于光学湿度传感器”）。

这种薄膜的特别之处在于其实现变化的机理令人惊奇。粘土具有分层结构，其间具有纳米尺度的薄空间。为了确保能得到有效的响应，该团队在染料进入这些缝隙而没有形成聚集体的情况下取得了技术突破。该材料在对湿度作出响应时，粘土层会改变它们的间距，进而限制染料变化。

更具体地说，染料分子周围的电子，特别是涉及它与光相互作用的那些电子，被制成与粘土中的某些化学基团对齐，从而显著改变材料的颜色。但请注意，在这个过程中没有化学键被破坏或创造。这使得薄膜与颜色的重复切换更加兼容，材料退化的更少。

这使得薄膜的使用周期更加持久。由于粘土和染料都是天然来源的材料，这意味着更低的生产成本，更高的安全性以及与环境的兼容性。该团队希望将该薄膜和新机理应用于发光设备中的传感器和放大器中。

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