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这位有机化学家,把色彩玩出了新高度,神!!

来源:化学加      2016-06-29
导读:韩国的Jong-Man Kim教授的研究似乎有点与众不同——他的研究领域的确是“五彩缤纷”。利用有色物质的千变万化,他开发出了一系列基于有机物的新奇材料。本文选取2016年该课题组发表的两篇有意思的工作进行解读。

你的数学是体育老师教的吧——这是一句我们在日常生活中的一句玩笑话。不过在实际生活中,精通一门或者多门学科的学者可能并不罕见。比如,今天我们要说的这位韩国化学家Jong-Man Kim教授,除了本专业,他似乎在创意绘画方面也颇有心得,不信你看:


蜡烛动图.gif


Jong-Man Kim在他的一篇学术论文中展示出的一种“奇怪”的绘画,用蓝色蜡笔画出一个蓝色蜡烛火苗后,简单的刮擦图案,火苗的颜色竟然变为红色


“魔术”背后的化学


Jong-Man Kim又不是神笔马良,看似炫酷的“魔术”之后必然有着其合理的科学解释。原来,它使用的蜡笔中是有“猫腻”的。


这事还得从这只蜡笔的成分说起。除了含有石蜡,研究者在蜡笔中混入了二炔烃类有机分子,这些分子在蜡笔中呈现紧密排列的聚集状态。这些紧密排列的分子本来是无色的,但在紫外光照状态下可以快速聚合,生成蓝色的聚二炔烃类作为颜料。这也就是为什么初始的蜡笔色彩为蓝色。


机理图.jpg

(图注:蜡笔制作过程中的分子反应机理)


光照动图.gif

蜡笔的制作过程,即将单体二炔烃与石蜡混合成型后的白色蜡笔进行紫外光照射,几乎瞬间发生聚合,蜡笔变为蓝色。


而聚二炔烃是一种很“顽皮”的聚合物,当其接触到一些特定的有机溶剂、离子或者高温的时候,都会发生由蓝向红的颜色转变。文首中的现象,是利用了刮擦产生的热量促使局部产生高温,从而发生颜色转变。


变色龙图.jpg

利用这种机理,作者还画出了一个可随温度变化的变色龙图案


墨水版的“阅后即焚”


在色彩化学这条路上,他们玩的显然还不尽兴。这一次,他们想让变色分子解决一个实际的问题——纸张浪费。


过去几十年,即便电子阅读设备迅速崛起,打印纸的消耗还是增长了数倍之多。Jong-Man Kim设想如果能够发明一种可擦除的打印墨水就好了。这样,打印出来的字迹经过擦除,纸张就可以重复使用。几经探索,他们真的成功了,还是全彩打印。


0.gif

将特种墨水加入到普通打印机的墨盒中并打印


照射动图.gif

将打印出的字迹置放于散发可见光的Xe灯下,字迹可逐渐消失。


利用这样的技术,他们可以让一张纸连续地擦除、打印,重复使用。


重复打印图.jpg


这么神奇的功能,肯定离不开合理的分子设计。这次,他们采用的是二芳基乙烯类化合物作为颜料中的颜色来源,这类化合物在不同波长光的照射下可以发生闭环或开环反应,其中闭环产物为有色物质,而开环产物却是无色的。这就是墨水字迹可以实现擦除的原因。


分子图.jpg


通过合理的取代基筛选,他们开发了三种水溶性分子1a、2a、3a,其闭环形式1b、2b、3b可作为三元基色来使用,以此实现全彩打印


Jong-Man Kim教授的研究稍显另类。要真正实现应用,也有着不小的困难要去克服,比如颜料的长期稳定性问题,颜料分子的合成成本问题。但不管怎样,这些研究,真的是“大放异彩"!

 

参考文献:

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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