Satu jenis dakwat rahsia baru telah dibangunkan • Arkady Kuramshin • Berita Sains mengenai "Unsur" • Kimia, Bahan Sains

Membentuk jenis dakwat rahsia baru

Rajah. 1. Pendarfluor dakwat baru untuk kriptografi. a – Skim menerapkan imej menggunakan pencetak inkjet konvensional, masking dan membangun. b – bertopengdi sebelah kiri) dan imej yang ditunjukkan oleh universiti baru yang dicetak pada kertas pejabat biasa logo Universiti Shanghai, di bawah cahaya yang kelihatan (VIS) dan disinari dengan cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang 365 nm, imej itu muncul selepas memproses kertas dengan metil ammonium bromida (CH3NH3+Br, dalam angka yang ditandakan dengan huruf MABr). fh – Contoh lain gambar dicetak: kod QR, kupu-kupu dan teks. Gambar dari artikel dibincangkan diKomunikasi alam semula jadi

Penyelidik dari China telah membangun dakwat yang mengandungi plumbum, yang, bergantung kepada kesan kimia, mungkin kelihatan atau tidak kelihatan. Untuk membuat sinar inskripsi di bawah sinaran UV, perlu menyembur larutan metil amonium halida dalam butil alkohol di atasnya (pencahayaan ringkas prasasti yang tidak kelihatan dengan ultraviolet tidak menjadikannya kelihatan). Kepada inskripsi itu hilang lagi, anda perlu memegangnya selama sepuluh minit dalam metanol. Tinta mengekalkan sifatnya semasa penyimpanan tiga bulan di udara, dan juga menahan sekurang-kurangnya 20 kitaran pembangunan-penutup.Adalah diandaikan bahawa dakwat baru boleh digunakan untuk memerangi pemalsuan atau menghasilkan dokumen dengan perlindungan yang tinggi.

Perkembangan bahan pendarfluor "cerdas", tindak balas pendarfluor yang bergantung kepada jenis dan tempoh pendedahan luar – fizikal atau kimia, menarik kepada ahli kimia dan saintis bahan. Pendarfluor adalah pelepasan cahaya satu gelombang oleh bahan selepas ia menyerap radiasi elektromagnet (cahaya) dengan panjang gelombang yang berbeza. Apabila cahaya diserap oleh molekul bahan, beberapa elektron boleh memperoleh tenaga tambahan dan pergi dari keadaan tanah (keadaan di mana elektron dicirikan oleh nilai minimum potensi tenaga untuknya) kepada keadaan teruja. Elektron tidak boleh sentiasa berada di dalam keadaan teruja, dan akhirnya ia menurunkan tenaga, sekali lagi kembali ke keadaan tanah memancarkan foton tenaga tertentu.

Bahan-bahan yang dalam keadaan tertentu boleh bertiup, tidak dapat dilihat, dan dalam keadaan lain boleh "nyata", menarik untuk digunakan, misalnya, dalam memerangi pemalsuan dan perlindungan maklumat: inskripsi yang dibuat dengan bahan tersebut mengurangkan risiko pencurian maklumat atau palsu (B Yoon et al., 2013.Pendekatan berasaskan bahan berfungsi terkini untuk mencegah dan mengesan pemalsuan). Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pembangunan dan kajian terhadap sifat-sifat "pendarfluor" bahan-bahan pendarfluor berdasarkan kompleks logam peralihan telah berulang kali dilaporkan (A. Kishimura, et al., 2005). Pewarna organik pewarna, peristiwa pewarna organ organik). , nanokristal semikonduktor, titik kuantum karbon (J. Wang, et al., 2012) dan nanopartikel yang mengandungi atom lanthanide (H. Dong). et al., 2015. Nanopartikel Lanthanide: Daripada Reka Bentuk ke arah Bioimaging dan Terapi).

Semua bahan pendarfluor "pintar" yang sedia ada disatukan oleh sifat bersama: kesan pada komposisi kimia atau strukturnya memungkinkan untuk mencapai perubahan dalam panjang gelombang pelepasan pendarfluor, akibatnya mereka dapat diperhatikan dalam pelbagai warna dengan cahaya. Ini bagus untuk amalan – perubahan kecil dalam struktur akan membolehkan beberapa formulasi dakwat "pintar" berwarna-warni dapat diperolehi dari satu bahan, tetapi malangnya, kebanyakan bahan ini mempunyai kelemahan yang tidak membenarkan penggunaannya sebagai komponen dakwat tersebut. Kelemahan termasuk, sebagai contoh, kecekapan pendarfluor rendah, kos bahan-bahan permulaan yang tinggi dan pendekatan kompleks terhadap sintesis mereka.Walau bagaimanapun, yang paling tidak menyenangkan, kerana kebanyakan bahan pendarfluor "pintar" yang sedia ada dicipta supaya mereka segera memiliki sifat pendarfluor selepas sintesis, maklumat yang direkodkan dengan bantuan mereka dapat dilihat hanya oleh penyinaran ultraviolet. Memandangkan adanya sumber sinaran ultraviolet, ini tidak dapat melindungi maklumat yang dicatatkan dengan dakwat semacam itu.

Penyelidik dari kumpulan Liang Li (Liang Li) dari Universiti Pengangkutan Shanghai (Shanghai Jiao Tong University) telah mencadangkan pendekatan baru untuk penciptaan "tinta crypto". Tindakan bahan baru itu adalah berdasarkan kepada transformasi struktur bingkai organometrik yang mengandungi plumbum (rangka kerja logam-organik, MOF) menjadi nanocrystals semikonduktor perovskite pendarfluor.

Struktur rangka kerja organometrik merupakan kelas bahan hibrid yang agak baru di mana ion logam dikaitkan antara satu sama lain oleh jambatan molekul organik yang mampu membentuk koordinasi ikatan dengan logam (lihat Polimer Penyelarasan). Harta benda semua struktur bingkai organometal adalah struktur berliang mereka dan luas luas permukaan dalaman.Menggunakan logam yang berbeza dan jambatan organik, bahan-bahan dengan pori-pori dari pelbagai saiz boleh diperolehi, yang memungkinkan untuk "melunakkan lembut" sifat bahan untuk melaksanakan pelbagai tugas praktikal. Pada masa ini, struktur rangka kerja organometrik digunakan sebagai pemangkin, membran dan sensor selektif gas (H. Furukawa et al., 2013. Kimia dan Aplikasi Rangka Kerja Metal-Organik).

Rajah. 2 Struktur perovskite CaTiO3. Bola hijau – kalsium atom, kuning – atom titanium, biru – atom oksigen. Gambar dari ru.wikipedia.org

Pada masa kini, perovskit dipanggil bahan yang struktur kisi kristalnya sama dengan kisi kristal mineral perovskite – CaTiO.3 (Rajah 2). Dalam perovskite, atom-atom titanium terletak di nod-kisi kekisi padu kubus yang lemah. Atom kalsium terletak di pusat pseudocub. Atom oksigen membentuk octahedra secara tetap di sekitar atom-atom titanium, yang sedikit berubah dan miring berbanding kedudukan ideal. Antara sebatian yang mempunyai struktur perovskite adalah oksida, halida, sebatian intermetallic. Struktur perovskite (atau derivatifnya) mempunyai superkonduktor suhu tinggi, konduktor ionik,serta banyak bahan magnetik dan ferroelektrik, pada tahun 2017 penciptaan sel solar perovskite berprestasi tinggi tidak dipertimbangkan secara rasmi sebagai alasan yang mungkin untuk menganugerahkan Hadiah Nobel dalam Kimia.

Penyelidik dari Shanghai telah mengembangkan strategi di mana struktur bingkai memimpin organometal memainkan dua peranan. Pertama, ia berfungsi sebagai sumber utama untuk menghasilkan nanocrystals semikonduktor pendarfluor. Kedua, ia menjadi corak tiga dimensi, di pori-pori yang mana nanokristal semikonduktor diperoleh hasil daripada tindak balas kekal.

Peralihan dari struktur kerangka organometrik yang tidak menunjukkan sifat pendarfluor ke bahan pendarfluor "pintar" berlaku hanya dengan merawat kerangka organometallik dengan titisan larutan yang mengandungi metil amonium halida (CH3NH3X, X = Cl, Br atau I). Sebahagian daripada atom utama polimer koordinasi berinteraksi dengan metil ammonium halida untuk membentuk sebatian komposisi CH3NH3PbH3 (X = Cl, Br, I), membentuk nanocrystals dengan struktur perovskite, gabungannya dengan struktur awal memberikan bahan serbuk,ringan dicat di siang hari dan mampu pendarfluor apabila disinari dengan ultraviolet (Rajah 3).

Rajah. 3 Transformasi struktur bingkai organometal Pb-MOF menjadi bahan pendarfluor "pintar" (MAPbBr ditunjukkan dalam rajah3 NCs @ Pb-MOF, tanda "@" dalam kimia digunakan untuk menandakan sebatian kemasukan). a – skim proses transformasi. MAX surat ke atas anak panah hijau menunjukkan metil amonium halida (CH3NH3X, X = Cl, Br atau I). Lingkaran hijau dalam matriks kelabu menunjukkan nanokristal semikonduktor MAPbBr3. Disorot bar sisi serpihan ini membolehkan kita mewakili struktur kristal tiga dimensi struktur rangka organometrik Pb-MOF dan bahan pendarfluor "pintar". b, c – Foto sampel serbuk MAPbBr3 NCs @ Pb-MOF dengan siang hari (b) dan radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang 365 nm. Gambar dari artikel dibincangkan di Komunikasi alam semula jadi

Mencuba untuk menguji sama ada pendekatan baru boleh digunakan untuk menyembunyikan dan memajukan maklumat, Lee dan rakan-rakannya menghasilkan "dakwat rahsia" dengan melarutkan bahan yang mereka terima dalam campuran pelarut organik (dimetil sulfoksida, etil alkohol dan etilena glikol).Penyelesaian yang dihasilkan untuk kelikatan dan ketegangan permukaan sesuai dengan sifat-sifat dakwat konvensional yang digunakan dalam pencetak inkjet bersiri, dan boleh digunakan untuk mengisi semula kartrij mereka. Para saintis mencetak teks dan lukisan yang tidak kelihatan sama ada di siang hari atau apabila disinari dengan cahaya ultraviolet (Rajah 1). Apabila menyemburkan imej dicetak penyelesaian metil amonium bromida dalam butil alkohol, imej-imej tersebut muncul dalam masa beberapa minit, menjadi ketara di bawah lampu biasa dan bersinar di bawah sinar sumber radiasi ultraviolet. Untuk membuat inskripsi yang dipaparkan hilang, kertas itu direndam dalam metanol selama sepuluh minit – pada masa yang sama, nanocrystals dengan struktur perovskite telah musnah. Penyemburan berulang imej tersembunyi dengan penyelesaian metil ammonium bromida sekali lagi menyebabkan corak muncul. Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, kitaran penyulitan / penyahsulitan boleh diulang sehingga 20 kali, dan kualiti imej semasa peralihan ini tidak merosot.

Rajah. 4 Foto serbuk MAPbX3 NCs @ Pb-MOF komposisi yang berbeza di bawah cahaya siang (di sebelah kiri) dan ultraviolet (di sebelah kanan). Gambar dari artikel dibincangkan di Komunikasi alam semula jadi

Dakwat baru boleh digunakan bukan sahaja pada asas selulosa (kertas atau kadbod), mereka boleh digunakan untuk mencetak label, imej dan skema pada filem polimer telus. Satu lagi kelebihan bahan pendarfluor baru adalah dengan menggunakan halida yang berbeza dari metil amonium dan struktur rangka organometal, ia mungkin untuk mendapatkan warna yang berbeza dakwat (Rajah 4).

Walau bagaimanapun, bahan baru mempunyai kelemahan. Yang pertama ialah ketoksikan plumbum dan sebatiannya, yang bermaksud bahawa untuk penggunaan praktikal dakwat baru, adalah perlu untuk memilih alternatif yang tidak mengandungi plumbum. Sekali lagi, adalah mustahil untuk mengatakan bahawa dakwat baru dapat melindungi maklumat dari penceroboh mana pun – seseorang yang bersenjata dengan pengabut dengan larutan methylammonium alkohol dan lampu suluh UV dapat membaca tulisan itu, tetapi untuk ini, perlu diketahui garam mana yang akan dilaburkan secara rahsia. tunggu selama beberapa minit, yang masih lebih sukar daripada hanya menonjolkan lampu suluh UV dengan teks tersembunyi.

Sumber: Congyang Zhang, Bo Wang, Wanbin Li, Shouqiang Huang, Long Kong, Zhichun Li, Liang Li. Penukaran rangka logam-organik yang tidak kelihatan untuk pencerahan Komunikasi alam semula jadi. 2017. DOI: 10.1038 / s41467-017-01248-2.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: