مواد معدنی چگونه تغییر رنگ می دهند؟

مواد معدنی چگونه تغییر رنگ می دهند؟ پژوهشگران فنلاندی در پروژه جدیدی، به بررسی این مساله پرداخته اند که تعدادی از مواد معدنی چگونه تغییر رنگ می دهند؟


به گزارش شاه بلاگ به نقل از ایسنا و به نقل از فوربس، پژوهشگران هنگام بررسی یک ماده اعجاب انگیز طبیعی موسوم به "هاکمانیت"(Hackmanite) دریافتند که این ماده بعلاوه دو ماده معدنی دیگر، در برخورد مکرر با پرتو ماوراءبنفش می توانند رنگ خودرا بدون فرسودگی تغییر دهند. نتایج این پژوهش نشان می دهند هاکمانیت که قیمت کمی دارد و تولید آن آسان است، به سبب دوام بالا و کاربرد آن برای اهداف مختلف، یک ماده عالی بشمار می رود.
گروهی از پژوهشگران "دانشگاه تورکو"(University of Turku) در فنلاند، خاصیت های هاکمانیت را به مدت یک دهه مورد بررسی قرار داده اند. فناوری هایی مانند تصویربرداری اشعه ایکس نیز بر طبق توانایی هاکمانیت در تغییر رنگ توسعه یافته اند.
هاکمانیت تحت تاثیر پرتو ماوراءبنفش، رنگ خودرا از سفید به بنفش تغییر می دهد و نهایتاً اگر پرتو ماوراءبنفش نتابد، باردیگر به رنگ سفید درمی آید. خاصیت های ساختاری که چنین تغییرات مکرری را ممکن می سازند، تا حالا 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 موسوم به "هیدروکربن ها"(hydrocarbons) نیز وجود دارند که به سبب قرار گرفتن در معرض تابش می توانند تغییر رنگ دهند. با این وجود، هیدروکربن ها قبل از این که ساختار مولکولی آنها تجزیه شود، تنها چند بار می توانند تغییر رنگ دهند. این مساله بدین سبب است که تغییر رنگ شامل یک تغییر شدید در ساختار است و متحمل شدن مکرر این تغییر در نهایت موجب 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 حقیقت، یک تغییر ساختاری نیز در پروسه 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 پروسه را می توان 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. بگفته لاستوساری، دوام این مواد معدنی، به سبب ساختار کلی قفس مانند و سه بعدی قوی آنها است که مشابه آن چیزی است که در "زئولیت ها"(Zeolite) یافت می شود. به عنوان 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. بنا بر این است که مواد معدنی می توانند رنگ خودرا 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 صورتیکه روند تغییر توگتوپیت بسیار کندتر است. "هانا بایرون"(Hannah Byron)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: ما بر طبق 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 برای اینکه 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. بنا بر این است که ما روش های جدیدی را توسعه داده ایم. با این وجود، تفسیر بدون ابهام نتایج بر طبق داده های تجربی، به تنهایی دشوار است. در حقیقت، ما نمی توانستیم بدون پشتیبانی قوی از محاسبات نظری، به نتایج فعلی برسیم برای اینکه 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 جزییات 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 خاصیت های در رابطه با نور و رنگ، خصوصاً در مورد هاکمانیت انجام داده اند. آنها هم اکنون درحال بررسی کاربردهای گوناگون هاکمانیت هستند. همچون این کاربردها می توان 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 می توان به عنوان 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 خاصیت می تواند در کاربردهای روزمره نیز مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان 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.



1401/04/03
10:19:09
5.0 / 5
182
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
نظر شما در مورد این مطلب
نام:
ایمیل:
نظر:
سوال:
= ۹ بعلاوه ۲
شاهبلاگ

شاه بلاگ

وبلاگ عمومی

shahblog.ir - حقوق سایت شاه بلاگ محفوظ است