يطور العلماء طريقة جديدة للتحكم العكسي في خصائص المواد في السوائل
طور الباحثون نظامًا عكسيًا يتم التحكم فيه بالبخار، وقادرًا على تبديل السمات الفيزيائية والبصرية للسوائل المتقدمة عند الطلب. توضح الدراسة التي أجرتها جامعة ناغويا وجامعة كيوتو في اليابان طريقة للتحكم في الخصائص البصرية والفيزيائية للمواد من المستوى الجزيئي إلى المقياس العياني. رسم توضيحي لكيمياء المضيف والضيف القابلة للانعكاس والتي يتم التحكم فيها بالبخار والتي تحفز التبديل البصري والمرحلة. مصدر الصورة: Yoko Sasayama النظام السائل للمضيف والضيف تقع كيمياء المضيف والضيف في قلب التطوير. إنها عملية يتم فيها ربط جزيئين مختلفين ببعضهما البعض من خلال القوى الفيزيائية فقط، مع تجنب الروابط الكيميائية الدائمة تمامًا. قام الباحثون بدمج مكونين رئيسيين: جزيء مضيف صغير، دوري، على شكل أنبوب، ومادة ضيفة تعرف باسم السائل الجزيئي الوظيفي (FML)، والتي تتميز بسلاسل كربون طويلة تشبه الخيوط. بالمقارنة مع السوائل العادية، فإن هذه السوائل غير المتبخرة تحتوي على قدرات بصرية وإلكترونية وحفازة متقدمة. عند خلطها، تنزلق سلاسل الكربون الخاصة بـ FML تلقائيًا داخل التجويف المركزي للمضيف مثل الخيط عبر الإبرة. يتغير لون المركب الناتج على شكل الدمبل على الفور من الأصفر الفاتح إلى الأحمر العميق أثناء التصلب من السائل إلى مادة صلبة صلبة. وفي الوقت نفسه، يتم إيقاف تألقه في درجة حرارة الغرفة تمامًا، أي قدرته على إصدار توهج ناعم ومستمر في الظلام. التحول قابل للعكس تماما. عندما تتعرض المادة الصلبة الحمراء لبخار الهكسان، تعمل جزيئات الغاز السداسية الكربون كمنافسة. تتجمع الجزيئات في تجاويف المضيف وتطرد FML للخارج. بعد تحريره من قفصه، يسيل FML على الفور، ويعود إلى اللون الأصفر، ويستأنف التوهج في الظلام. “لقد حصلنا على بعض الاكتشافات المدهشة. في البداية، كان تغير اللون الفوري إلى اللون الأحمر عندما قمنا بخلط FML مع الجزيء المضيف مثيرًا للقلق. لم نتوقع مثل هذا التغيير المميز في اللون ناهيك عن إخماد التألق لذلك اعتقدت أنه يتحلل. وعلى العكس من ذلك ولحسن الحظ، أطلقت أبخرة الهكسان FML كما هو متوقع،” قال البروفيسور المشارك يوسوكي تاني. نفحة من البخار تقلب المفتاح، ويؤدي استخدام المكنسة الكهربائية إلى سحب الهكسان بعيدًا، مما يؤدي إلى عودة النظام إلى حالته الصلبة الحمراء. التقط الفريق هذه التحولات المجهرية في الوقت الفعلي وتحقق من البنية ثلاثية الأبعاد الدقيقة للمجمع باستخدام حيود الإلكترون البلوري الدقيق (MicroED). في الكيمياء، من الصعب سد الفجوة بين سلوك الجزيئات الفردية وكيف يبدو أو يتصرف الجسم المرئي. على المستوى الجزيئي، تتفاعل الذرات باستخدام قوى صغيرة وغير مرئية مثل عمليات السحب الكهروستاتيكية الضعيفة أو التناسبات الهندسية. على المستوى العياني، تتمتع المواد بخصائص كبيرة مثل كونها سائلة أو صلبة، أو لها لون معين، أو متوهجة في الظلام. التحدي الرئيسي في الكيمياء فوق الجزيئية هو التضخيم. على سبيل المثال، الحصول على تريليونات من الحركات الجزيئية الصغيرة القابلة للعكس للتنسيق بشكل فعال بحيث تسبب تحولًا دراماتيكيًا فوريًا يمكنك رؤيته بالعين المجردة. في العادة، تختفي التعديلات الصغيرة في بنية الجزيء أو تُفقد عند ترقيتها إلى مادة ضخمة. إن تحقيق هذا المستوى من التحكم الدقيق يعني أن العلماء يمكنهم تصميم مواد ذكية تتحول فيزيائيًا، أو تغير اللون، أو الحالة، أو السطوع، استجابة لمحفزات بيئية بسيطة مثل نفحة من الغاز. يوفر إطار عمل المضيف والضيف الجديد هذا مخططًا للمواد الذكية من الجيل التالي باستخدام أبخرة الغاز كمحفز بيئي. يمكن أن تشمل التطبيقات المستقبلية ذاكرة بصرية قابلة لإعادة الكتابة، أو علامات أمنية تستشعر الغاز، أو روبوتات مرنة قابلة للتكيف تعمل على تغيير صلابتها الهيكلية عند الطلب. ونشرت النتائج في مجلة العلوم الكيميائية.
تم النشر: 2026-07-21 09:12:00
