Parlayan Halkalar; Elektriğe Maruz Kaldığında Beyaz Işın Saçan Yeni Bir Materyal

Yeni sentetik yaklaşım, diğer dinamik malzemelerin gelişimini tetikleyebilir.

Bir elektrik uyarısı, hidrokarbon nanoring(nanometre ölçeğinde oluşturulmuş hidrakarbon halkaları) sikloparafenilen (CPP) -iyot birleşmesini, elektronik iletkenlik ve beyaz ışık emisyonu göstermek üzere indükler.

Nagoya Üniversitesi’ndeki bilim insanları, uyarıya duyarlı malzemeleri öngörülebilir şekilde üretmek için yeni bir yol geliştirdi. Bu yöntemi yeni bir malzeme olan elektriği ileten ve elektriğe maruz bırakıldığında beyaz ışık yayan  karbon nanorings ve iyot karışımının  tasarımı için kullandılar.Ekibin yeni yaklaşımı diğer uygulamalar arasında bellek cihazları, suni(yapay) kaslar ve ilaç dağıtım sistemleri için kullanılabilecek, güvenilir uyarıya duyarlı materyallerin üretilmesine yardımcı olabilir.

Nagoya,Japonya –Uyarıya duyarlı malzemeler, foton ışınlaması, ısı, basınç ve elektrik gibi dış uyaranlara yanıt olarak kendi özelliklerini değiştirir. Bu özellik optik diskler, bilgisayar hafızaları ve ekranı bunların yanı sıra, suni kaslar ve ilaç dağıtım sistemleri gibi geniş bir kullanım yelpazesinde kontrol edilebilir.

Araştırmacılar yeni uyarıya duyarlı malzemeleri öngörülebilir bir biçimde geliştirmeye çalışıyorlar. Ancak, malzemelerin karmaşık moleküler düzenlemelerini tasarlamak ve kontrol etmek son derece zor olmuştur.

Nagoya Üniversitesi JST-ERATO Itami Moleküler Nanokarbon Projesi ve Dönüşümsel Biyo-Moleküllerin Enstitüsü (ITbM) liderliğindeki bir ekip tarafından uyarıya duyarlı malzemeleri sentezleyen basit ve güvenilir bir yöntem geliştirildi. Bu çalışmanın sonuçları kısa bir süre önce Angewandte Chemie International Edition dergisinde bildirildi.

‘Duyarlı gözenekli konak’ yöntemi gözenekli bir çerçeveye sahip bir molekül alır ve kendisine dış uyaranlara tepki gösterecek bir ‘konuk’ molekül bağlar. Bu durumda ekip, 10 para(1,4- ) bağlanmış benzen halkasından oluşan bir hidrokarbon molekülü olan [10] sikloparafenilen(CycloParaPhenylene) ([10] CPP) molekülünü iyot (I) ile birleştirdiğinde ideal bir konakçı buldu. İyot kendisini gözenekli karbon halkalarının içine yerleştirir ve elektrik uyarılarına tepki verir. Sadece elektrik iletmekle kalmayıp, aynı zamanda alışılmadık bir şey olarak beyaz bir ışık yayar. Tipik olarak, beyaz rengi elde etmek için birçok başka bileşen gerekir. Bu durum, yeni nesil aydınlatma sistemleri için [10] CPP-I’in potansiyelini gösterir.

JST-ERATO projesinin grup lideri Dr. Hirotoshi Sakamoto; “Bu ‘ duyarlı gözenekli konak’ yönteminin, foton ışınlaması, ısı uygulaması ve pH değişimi gibi farklı uyaranlara uygulanması ve uyarıya duyarlı materyallerin kontrol edilebilir ve öngörülebilir bir şekilde geliştirilmesi için genel bir strateji tasarlama yolu açması bekleniyor.” dedi.

Malzemenin sentezlenmesi şaşırtıcı derecede basittir – araştırmacılar karbon nano halkalarını(CPP) ve iyotu birlikte karıştırdılar ve kurumasına izin verdiler. X-ışını kristalografisi, iyot moleküllerinin hizalı nano halkalarının  içi boş çekirdeği içerisinde sıralandığını doğrulamıştır.

Ekip, karbon nanorings sayısını değiştirerek karışımın çeşitli varyasyonlarını denedi ve 10 halkanın en dinamik iyot atomu hareketine ve dış çevresel değişikliklere en hassas cevaba yol açtığını keşfetti.

[10] CPP-I’e bir doğru akım uygulandığında, numunenin kütle direnci yaklaşık 380 kat daha düşük oldu. Bu  da  [10] CPP-I’ nın elektrik iletimine direnmek yerine elektrik ilettiğini gösteriyor. 9 ya da 12 nanohalka  içeren  karışımlardaki kütle direnci 10 nanohalka içeren karışımdaki kadar azalmamıştır.

JST-ERATO projesinin post doc araştırmacısı Dr. Noriaki Ozaki; ” Bu araştırmanın en zor kısımlarından biri, [10] CPP-I’in elektrik iletkenliğinin elektriksel uyarılarla nasıl devreye sokulduğunu araştırmaktı. Molekülü sentezlemek ve elektriksel uyarıcı tepki veren özelliklerini keşfetmek yalnızca yaklaşık üç ayımızı almasına rağmen, bu özelliklerin nereden geldiğini keşfetmek bir yıl daha aldı.” dedi.

Ekip nihayet  X-ışını absorbsiyon  spektroskopisi (XANES), Raman spektroskopisi ve floresans spektroskopisini kullanarak [10] CPP-I’in elektrik iletkenliğinin elektrik uyarıları ile nasıl çalıştığını buldu. Bu analizler, karbon nano halkalarındaki iyot atomlarının, elektrikle uyarıldığında, genişletilmiş poliyodid zincirleri oluşturduğunu ve bunun da malzemeye elektrik iletkenliği verdiğini gösterir.

Ayrıca araştırmacılar, elektrikli uyarıcıların, [10] CPP-I’in fotolüminesans rengini yeşil-mavi renginden beyaza doğru değiştirebildiğini keşfetti. Beyaz lüminesans, [10] CPP-I’in flüoresan spektrumunun tüm görünür ışık aralığını kapsadığı anlamına gelir. Spektral genişleme, poliyodid zincirlerinin oluşumundan kaynaklanan CPP’lerin elektronik yapılarının düzensiz dağılımına dayandırılıyor.[10] CPP-I’in beyaz lüminesansı, tek moleküler birleşmeden elde edilen beyaz aydınlatma materyalinin nadir bir örneğidir; beyaz ışık emisyonu genellikle farklı renklerin çeşitli bileşenlerini karıştırarak elde edilir.

JST-ERATO projesinin direktörü ve ITbM’nin merkezi müdürü Profesör Kenichiro Itami ”Dış uyarıcılara duyarlı malzemelerinin sentezini gerçekleştirmek için bu basit fakat güçlü yöntemi geliştirmekten heyecanlıydık.” dedi.

Kaynak : sciencedaily.com