Geles fotónicos

              Los científicos de materiales de la Universidad Rice y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han creado muy finas películas de colores cambiantes que pueden servir como parte de sensores de bajo costo para el deterioro de los alimentos o de seguridad, elementos multibanda ópticas en sistemas accionados por láser e incluso como parte de las pantallas de alto contraste.  El nuevo trabajo dirigido por el científico de materiales Rice Thomas Ned combina polímeros en un metamaterial auto-ensamblado  que, cuando se expone a los iones en una solución o en el medio ambiente, cambia de color dependiendo de la habilidad de los iones para infiltrarse en capas hidrófilicas.La investigación fue publicada en la revista American Chemical Society ACS Nano: ("Dynamic Swelling of Tunable Full-Color Block Copolymer Photonic Gels via Counterion Exchange").
 
           Tales señales visuales son buenas, dijo, "sobre todo cuando se necesita para ver un montón de ellos. Y usted puede leer estos sensores con baja tecnología, ya sea con sus propios ojos o un espectrofotómetro para analizar las cosas."Las películas están hechas de capas de nanoescala de poliestireno hidrófobo e hidrófilo poli (2-vinil piridina). En la solución líquida, las moléculas de polímero son difusas, pero cuando se aplica el líquido a una superficie y se evapora el disolvente, el copolímero de bloques de moléculas auto-ensamblan en una estructura en capas.Las moléculas de poliestireno se agrupan para mantener las moléculas de agua hacia fuera, mientras que el poli (2-vinil piridina), P2VP para abreviar, forma sus propias capas entre el poliestireno. En un sustrato, formando las capas en una pila transparente de alternancia "nano-pancakes." "La belleza de auto-ensamblaje es que es simultáneo, todas las capas que forman a la vez", dijo Thomas.
             Los investigadores expusieron sus películas a diferentes soluciones y encontró diferentes colores dependiendo de la cantidad de solvente fue tomado por las capas P2VP. Por ejemplo, con una solución de cloro / / óxido de hierro que no es absorbido fácilmente por el P2VP, la película es transparente, Thomas. "Cuando tomamos eso, lave la película y traer una nueva solución con un ion diferente, los cambios de color." Lograron volver progresivamente una película transparente a azul (con tiocianato) a verde (yodo), a amarillo (nitrato), a naranja (bromo) y finalmente a rojo (cloro). En cada caso, los cambios fueron reversibles.
Un gel fotónico desarrollado en la Universidad Rice se somete a una serie de cambios de color cuando repetidamente se lavaron y se expusieron a los compuestos nuevos. Los geles muestran potencial para sensores de bajo costo y filtros. (Thomas Lab / Universidad de Rice)Thomas explicó que el intercambio directo de contraiones de la solución a la P2VP expande esas capas y crea una brecha de banda fotónica - el equivalente luz de un intervalo de banda semiconductor - que permite que el color en una longitud de onda específica que se refleja. "Las longitudes de onda de esa banda prohibida fotónica está prohibido propagar", dijo, lo que permite que los geles para ajustarse a reaccionar de maneras específicas."Imagina un sólido en el que se crea un espacio de banda en todas partes, pero a lo largo de una ruta de 3-D, y digamos que ese camino es una región en sentido estricto se puede fabricar dentro de este material en otros fotónico. Una vez que usted pone la luz en ese camino, se le prohibió salir porque no puede entrar en el material, debido a la brecha de banda."Esto se llama moldear el flujo de la luz", dijo. "En estos días en la fotónica, la gente está pensando en la luz como si fuera agua. Es decir, usted puede ponerlo en estos tubos diminutos. Usted puede convertir luz en las esquinas que son muy afiladas. Usted puede ponerlo donde quiera, que sea de donde no lo quieren. La fontanería de la luz ha sido mucho más fácil que en el pasado, debido a la fotónica, y en cristales fotónicos, debido a las lagunas de la banda.

 

 One photonic gel developed at Rice University was put through a series of color changes when repeatedly washed and exposed to new compounds. The gels show potential for inexpensive sensors and filters. (Thomas Lab/Rice University)

Fuente: Universidad de Rice