مواد معدنی چگونه تغییر رنگ می دهند؟

مواد معدنی چگونه تغییر رنگ می دهند؟

به گزارش با فناوری پژوهشگران فنلاندی در پروژه جدیدی، به بررسی این مورد پرداخته اند که بعضی از مواد معدنی چگونه تغییر رنگ می دهند؟


به گزارش با فناوری به نقل از ایسنا و به نقل از فوربس، پژوهشگران هنگام بررسی یک ماده اعجاب انگیز طبیعی معروف به "هاکمانیت"(Hackmanite) دریافتند که این ماده بعلاوه دو ماده معدنی دیگر، در رویارویی مکرر با پرتو ماوراءبنفش می توانند رنگ خویش را بدون فرسودگی تغییر دهند. نتایج این پژوهش نشان می دهند هاکمانیت که قیمت کمی دارد و تولید آن آسان است، به علت دوام بالا و کاربرد آن برای اهداف مختلف، یک ماده عالی به حساب می آید.
گروهی از پژوهشگران "دانشگاه تورکو"(University of Turku) در فنلاند، خصوصیت های هاکمانیت را به مدت یک دهه مورد بررسی قرار داده اند. فناوری هایی مانند تصویربرداری اشعه ایکس هم برپایه توانایی هاکمانیت در تغییر رنگ توسعه یافته اند.
هاکمانیت تحت تأثیر پرتو ماوراءبنفش، رنگ خویش را از سفید به بنفش تغییر می دهد و در نهایت اگر پرتو ماوراءبنفش نتابد، باردیگر به رنگ سفید درمی آید. خصوصیت های ساختاری که چنین تغییرات مکرری را ممکن می سازند، تابحال نامشخص بوده اند. حالا پژوهشگران، با بررسی سه ماده معدنی طبیعی هاکمانیت، "توگتوپیت"(Tugtupite) و "اسکاپولیت"(Scapolite)، به پاسخ رسیده اند.
کانی هایی که قابلیت تغییر رنگ دارند، مواد طبیعی غیر آلی هستند اما ترکیبات آلی معروف به "هیدروکربن ها"(hydrocarbons) هم وجود دارند که به علت قرار گرفتن در معرض تابش می توانند تغییر رنگ دهند. با این حال، هیدروکربن ها پیش از این که ساختار مولکولی آنها تجزیه شود، تنها چند بار می توانند تغییر رنگ دهند. این مورد به این علت است که تغییر رنگ شامل یک تغییر شدید در ساختار است و متحمل شدن مکرر این تغییر در نهایت سبب شکسته شدن مولکول می شود.
پروفسور "میکا لاستوساری"(Mika Lastusaari)، پژوهشگر بخش شیمی دانشگاه تورکو اظهار داشت: در این پژوهش برای اولین بار متوجه شدیم که در واقع، یک تغییر ساختاری هم در فرایند تغییر رنگ وجود دارد. هنگامی که رنگ تغییر می کند، اتم های سدیم موجود در ساختار، نسبتا از مکان های معمول خود دور می شوند و به عقب باز می گردند. این فرایند را میتوان تنفس ساختاری نامید و حتی اگر چندین بار تکرار شود، ساختار را از بین نمی برد.
پژوهشگران ثابت کردند که توانایی هاکمانیت در جایگزینی رنگ های سفید و بنفش، بسیار قابل تکرار است. به قول لاستوساری، دوام این مواد معدنی، به علت ساختار کلی قفس مانند و سه بعدی قوی آنها است که مشابه آن چیزی است که در "زئولیت ها"(Zeolite) یافت می شود. بعنوان مثال، در مواد شوینده، ساختار قفس مانند، زئولیت را قادر می سازد تا منیزیم و کلسیم را از آب حذف کند.
"سامی ووری"(Sami Vuori)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: در این کانی هایی که تغییر رنگ می دهند، تمام فرآیندهای در رابطه با تغییر رنگ، در منافذ قفس زئولیت رخ می دهند؛ یعنی جایی که اتم های سدیم و کلر در آن قرار دارند. این بدان معناست که ساختار قفس مانند، امکان حرکت اتمی در داخل قفس را فراهم می آورد و در عین حال، خود قفس را دست نخورده نگه می دارد. بنابراین است که مواد معدنی می توانند رنگ خویش را تغییر دهند و برای مدت نامحدودی به رنگ اصلی خود بازگردند.
پیش تر مشخص شده بود که اسکاپولیت بسیار سریع تر از هاکمانیت تغییر رنگ می دهد؛ در حالیکه روند تغییر توگتوپیت بسیار کندتر است. "هانا بایرون"(Hannah Byron)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: ما برپایه نتایج این پژوهش متوجه شدیم که سرعت تغییر رنگ، به فاصله حرکت اتم های سدیم بستگی دارد. این مشاهدات برای توسعه مواد در آینده مهم هستند چونکه حالا می دانیم که چه مولفه ای از ساختار میزبان برای کنترل و تنظیم کردن تغییر رنگ مورد نیاز است.
لاستوساری اظهار داشت: هیچ روشی برای پژوهش در مورد کانی هایی که تغییر رنگ می دهند، وجود نداشت. بنابراین است که ما روش های جدیدی را توسعه داده ایم. با این حال، تفسیر بدون ابهام نتایج برپایه داده های تجربی، به تنهایی دشوار است. در واقع، ما نمی توانستیم بدون پشتیبانی قوی از محاسبات نظری، به نتایج کنونی برسیم چونکه نتایج فقط ترکیب داده های تجربی و محاسباتی را نشان می دهند. ما از همکار خود، پروفسور "تانگوی لو باهرز"(Tangui Le Bahers) و گروهش سپاس فراوان داریم که روش های محاسباتی مناسبی را با جزئیات و دقتی توسعه داده اند که تا چند سال پیش امکان پذیر نبود.

کاربردهای اعجاب انگیز هاکمانیت
لاستوساری و همکارانش، یک پژوهش پیشگام را در مورد موادی دارای خصوصیت های در رابطه با نور و رنگ، بخصوص در مورد هاکمانیت انجام داده اند. آنها هم اکنون درحال بررسی کاربردهای مختلف هاکمانیت هستند. همچون این کاربردها میتوان به جایگزینی LED و سایر لامپ ها با مواد معدنی طبیعی و استفاده از آن در تصویربرداری اشعه ایکس اشاره نمود.
یکی از جالب ترین کاربردهایی که پژوهشگران هم اکنون درحال بررسی آن هستند، ابداع یک تشعشع سنج مبتنی بر هاکمانیت و آشکارسازهای غیرفعال برای "ایستگاه فضایی بین المللی"(ISS) است که برای اندازه گیری میزان جذب تشعشع مواد طی پروازهای فضایی مورد استفاده قرار می گیرند.
ووری اظهار داشت: قدرت رنگ هاکمانیت به میزان تابش پرتو ماوراء بنفش بستگی دارد. این بدان معناست که از این ماده میتوان بعنوان مثال، برای تعیین میزان پرتو ماوراء بنفش نور خورشید استفاده نمود. هاکمانیت که در ایستگاه فضایی بین المللی آزمایش خواهد شد، به روشی مشابه مورد استفاده قرار می گیرد اما این خصوصیت می تواند در کاربردهای روزمره هم مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان مثال، ما پیش تر یک برنامه تلفن همراه را برای اندازه گیری اشعه ماوراء بنفش ابداع کرده ایم که همه افراد می توانند از آن استفاده کنند.
این پژوهش در مجله "PNAS" به چاپ رسید.



1401/04/02
11:06:34
5.0 / 5
163
تگهای خبر: آزمایش , ابداع , پژوهش , تولید
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۱ بعلاوه ۲

لینک دوستان با فناوری

بافناوری

با فناوری
با فناوری

با فناوری

معرفی فناوری روز دنیا

bafanavari.ir - حقوق مادی و معنوی سایت با فناوری محفوظ است