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 據(jù)悉，東京大學(xué)和島根大學(xué)的研究人員將天然粘土礦物和染料混合到一種材料中研發(fā)了一種透明的混合薄膜，研究表明，該材料可以根據(jù)環(huán)境濕度的變化而使顏色變化，且這種顏色變化不會(huì)破壞分子間的化學(xué)鍵。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一種新的機(jī)理，使顏色變化過程易于逆轉(zhuǎn)，使材料變得有持久功能性更加環(huán)保。該材料可以應(yīng)用到環(huán)境傳感器和最先進(jìn)的顯示器中的光放大等領(lǐng)域。

通過一種新的機(jī)理，由環(huán)保型粘土礦物和染料組成的可改變顏色和濕度的透明混合薄膜。（圖片：高木信介）

將染料與多種天然礦物晶體（如粘土）和沸石（多孔巖石）相結(jié)合已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且將其用于制造可與光或“鉻”材料相互作用的雜化材料具有很光明的前景。

這些材料的物理結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵作用; 微小的納米尺寸的空腔可以承載光敏分子，光敏分子在納米尺寸空腔里的行為與在溶液中游離時(shí)的不同，利用該行為可將這些材料用于發(fā)光設(shè)備，集光（如太陽能電池）和新型傳感器。

由島根大學(xué)物理與材料科學(xué)系Takuya Fujimura教授和東京都立大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系Shinsuke Takagi教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組創(chuàng)造了一種由環(huán)保型粘土礦物和染料制成的透明薄膜－鎂卟啉，鎂卟啉通過對(duì)濕度作出響應(yīng)而改變顏色（Langmuir，“使用由陽離子鎂卟啉和粘土礦物組成的透明混合膜可應(yīng)用于光學(xué)濕度傳感器”）。

這種薄膜的特別之處在于其實(shí)現(xiàn)變化的機(jī)理令人驚奇。粘土具有分層結(jié)構(gòu)，其間具有納米尺度的薄空間。為了確保能得到有效的響應(yīng)，該團(tuán)隊(duì)在染料進(jìn)入這些縫隙而沒有形成聚集體的情況下取得了技術(shù)突破。該材料在對(duì)濕度作出響應(yīng)時(shí)，粘土層會(huì)改變它們的間距，進(jìn)而限制染料變化。

更具體地說，染料分子周圍的電子，特別是涉及它與光相互作用的那些電子，被制成與粘土中的某些化學(xué)基團(tuán)對(duì)齊，從而顯著改變材料的顏色。但請(qǐng)注意，在這個(gè)過程中沒有化學(xué)鍵被破壞或創(chuàng)造。這使得薄膜與顏色的重復(fù)切換更加兼容，材料退化的更少。

這使得薄膜的使用周期更加持久。由于粘土和染料都是天然來源的材料， 這意味著更低的生產(chǎn)成本，更高的安全性以及與環(huán)境的兼容性。該團(tuán)隊(duì)希望將該薄膜和新機(jī)理應(yīng)用于發(fā)光設(shè)備中的傳感器和放大器中。