Jak kokrystal přemění světlo na mechanickou práci

8. říjen 2010 | 06.00 |

Kokrystal (cocrystal) je dosud nejednoznačně definovaný materiál, kam bývají zařazeny jak soli tak hydráty. Každopádně kokrystal, se kterým přišel tým japonských vědců pod vedením Masakazu Morimoty, patří mezi chytré materiály, které mění některé své vlastnosti (barva, vodivost, tvar) na základě změny vnějších podmínek (osvětlení, zahřátí, změna mechanického napětí či elektrického pole). Funguje na principu fotochromie, kdy světlem způsobíme vratnou chemickou změnu mezi dvěma isomery, které mají rozdílné absorpční spektrum. Jako fotochromní materiály se používají deriváty diaryletylénu, které se pod UV zářením mění z bezbarvých krystalů na zelené, žluté, modré či červené. Při osvětlení viditelným světlem se barevné krystaly změní zase na bezbarvé, což se dá několikatisíckrát změnit a může se to pak využít na výrobu barevných displejů či na medium pro uchování dat. Další využití je však neméně zajímavé.

Při fotochromním efektu se molekula takového materiálu smrskne a to by se dalo využít na užitečnou mechanickou práci. Morimoto tento jev popsal už v roce 2003 a nyní jeho tým vyrobil dostatečně velké krystaly, které se mohou ohýbat a opět vracet do původní polohy.
Takový "minijeřáb" dokáže zvednout kuličku, která má hmotnost 600 x větší než vlastní rameno.

Změna tvaru molekuly krystalu je realizována ozářením UV zářením (365 nm), kdy dojde ke zmodrání krystalu a jeho ohnutí směrem od zdroje záření. UV záření změní tvar molekuly diaryletylénu a proto se zvětší rozměry krystalové mřížky. Když UV záření působí nebo je krystal je ve tmě, zůstává v ohnutém tvaru už při pokojové teplotě. Při nízké teplotě děj probíhá v řádu mikrosekund. K efektu a ohybu ramene dochází dokonce i při teplotě 4,7 K.
Při ozáření ohnutého krystalu viditelným světlem (440 nm),  dojde k jeho navrácení do původního tvaru. Při narovnávání se následně ztrácí jeho modrá barva.

Japonští vědci tuto zkušenost předvedli na "mini jeřábu", jehož  rameno o hmotnosti 0,17 mg  zvedalo dvoumilimetrovou kuličku (46,77 mg). 
Další rameno "minijeřábu" o hmotnosti 0,18 mg zvedlo dokonce závaží o 614x větší hmotnosti než krystal, který to zajišťoval. Tento krystal dokáže na své poměry působit poměrně značnou silou (1,1 mN) a vykonávat mechanickou práci (0,43 microJ). Vědci doufají, že japonské světlem řízené kokrystaly by se mohly používat v miniaturních bioreaktorech, kde by vykonávaly funkci ventilů ovládaných světlem. Aplikací v mikro a nanomechanice se ale časem najde určitě více.

Podle Josefa Pazdery

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (3x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře