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這位有機化學家,把色彩玩出了新高度,神!!

來源:化學加      2016-06-29
導讀:韓國的Jong-Man Kim教授的研究似乎有點與眾不同——他的研究領域的確是“五彩繽紛”。利用有色物質的千變萬化,他開發出了一系列基于有機物的新奇材料。本文選取2016年該課題組發表的兩篇有意思的工作進行解讀。

你的數學是體育老師教的吧——這是一句我們在日常生活中的一句玩笑話。不過在實際生活中,精通一門或者多門學科的學者可能并不罕見。比如,今天我們要說的這位韓國化學家Jong-Man Kim教授,除了本專業,他似乎在創意繪畫方面也頗有心得,不信你看:


蠟燭動圖.gif


Jong-Man Kim在他的一篇學術論文中展示出的一種“奇怪”的繪畫,用藍色蠟筆畫出一個藍色蠟燭火苗后,簡單的刮擦圖案,火苗的顏色竟然變為紅色


“魔術”背后的化學


Jong-Man Kim又不是神筆馬良,看似炫酷的“魔術”之后必然有著其合理的科學解釋。原來,它使用的蠟筆中是有“貓膩”的。


這事還得從這只蠟筆的成分說起。除了含有石蠟,研究者在蠟筆中混入了二炔烴類有機分子,這些分子在蠟筆中呈現緊密排列的聚集狀態。這些緊密排列的分子本來是無色的,但在紫外光照狀態下可以快速聚合,生成藍色的聚二炔烴類作為顏料。這也就是為什么初始的蠟筆色彩為藍色。


機理圖.jpg

(圖注:蠟筆制作過程中的分子反應機理)


光照動圖.gif

蠟筆的制作過程,即將單體二炔烴與石蠟混合成型后的白色蠟筆進行紫外光照射,幾乎瞬間發生聚合,蠟筆變為藍色。


而聚二炔烴是一種很“頑皮”的聚合物,當其接觸到一些特定的有機溶劑、離子或者高溫的時候,都會發生由藍向紅的顏色轉變。文首中的現象,是利用了刮擦產生的熱量促使局部產生高溫,從而發生顏色轉變。


變色龍圖.jpg

利用這種機理,作者還畫出了一個可隨溫度變化的變色龍圖案


墨水版的“閱后即焚”


在色彩化學這條路上,他們玩的顯然還不盡興。這一次,他們想讓變色分子解決一個實際的問題——紙張浪費。


過去幾十年,即便電子閱讀設備迅速崛起,打印紙的消耗還是增長了數倍之多。Jong-Man Kim設想如果能夠發明一種可擦除的打印墨水就好了。這樣,打印出來的字跡經過擦除,紙張就可以重復使用。幾經探索,他們真的成功了,還是全彩打印。


0.gif

將特種墨水加入到普通打印機的墨盒中并打印


照射動圖.gif

將打印出的字跡置放于散發可見光的Xe燈下,字跡可逐漸消失。


利用這樣的技術,他們可以讓一張紙連續地擦除、打印,重復使用。


重復打印圖.jpg


這么神奇的功能,肯定離不開合理的分子設計。這次,他們采用的是二芳基乙烯類化合物作為顏料中的顏色來源,這類化合物在不同波長光的照射下可以發生閉環或開環反應,其中閉環產物為有色物質,而開環產物卻是無色的。這就是墨水字跡可以實現擦除的原因。


分子圖.jpg


通過合理的取代基篩選,他們開發了三種水溶性分子1a、2a、3a,其閉環形式1b、2b、3b可作為三元基色來使用,以此實現全彩打印


Jong-Man Kim教授的研究稍顯另類。要真正實現應用,也有著不小的困難要去克服,比如顏料的長期穩定性問題,顏料分子的合成成本問題。但不管怎樣,這些研究,真的是“大放異彩"!

 

參考文獻:

1. Chae, S.; Lee, J. P.; Kim, J.-M., Mechanically Drawable Thermochromic and Mechanothermochromic Polydiacetylene Sensors. Advanced Functional Materials 2016, 26 (11), 1769-1776.

2. Jeong, W.; Khazi, M. I.; Park, D.-H.; Jung, Y.-S.; Kim, J.-M., Full Color Light Responsive Diarylethene Inks for Reusable Paper. Advanced Functional Materials 2016,DOI: 10.1002/adfm.201600032


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