Fotokróm anyagok
description
Transcript of Fotokróm anyagok
![Page 1: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/1.jpg)
Fotokróm anyagok
Fotokromizmus fogalmaTörténeti áttekintésSzerves fotokrómok 1. Spiropiránok 2. Spirooxazinok 3. Benzo- és naftopiránok (kromének) 4. FulgidekSzervetlen fotokrómok
Fotokróm alapú szenzormolekulák
![Page 2: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/2.jpg)
![Page 3: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/3.jpg)
Fotokromizmus
Reverzibilis színváltozás fény hatására
A Bh1
h2 ,
![Page 4: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/4.jpg)
200 300 400 500 nm
Abs
zorb
anci
a A
B
![Page 5: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/5.jpg)
Pozitív fotokromizmus: max(B) > max(A)
Negatív (inverz) fotokromizmus: max(B) < max(A)
T típusú fotokróm, ha a B A reakció termikusan megy végbe
P típusú fotokróm, ha a B A reakció fotokémiai úton megy végbe.
![Page 6: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/6.jpg)
Termokromizmus: hőmérséklet
Elektrokromizmus: elektrokémiai redox reakció
Reverzibilis színváltozások kiváltó okai:
Szolvatokromizmus: oldószer
Fotokromizmus: fényelnyelés
![Page 7: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/7.jpg)
XIX. században fedezték fel
A XX. század 40-es éveitől gyorsult fel a kutatás
Hirshberg: „photochromism” - 1950-ben
Spiropiránok -1950-től
Spirooxazinok - 1970-től
Benzo- és naftopiránok - 1966-tól
Fulgidek (1907) - 70-es évektől
Fotokromizmus
![Page 8: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/8.jpg)
Szerves fotokrómok
1. Spiropiránok
2. Spirooxazinok
3. Benzo- és naftopiránok (kromének)
4. Fulgidek
![Page 9: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/9.jpg)
6
5
43
1
2
O
1. Spiropirán-származékok
[2H-1-benzopirán]
![Page 10: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/10.jpg)
N O NO2
h1
, h2N
O
NO2
Indolino-spiropiránok
spiropirán merocianin
6-nitro-BIPS(Benzo Indolino Pyrano Spyran)
1: UV2: látható
![Page 11: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/11.jpg)
6-nitro-BIPS
![Page 12: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/12.jpg)
Merocianin forma határszerkezetei
ikerionos kinoidális
N
NO2
ON
NO2
O
![Page 13: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/13.jpg)
Merocianin geometria izomerei
h1 (UV)
h2 (Vis)
TTC
TTT
O NO2N
4'S
5'S
6'S
7'S
5S
7S
3S
8S
O
NO2
N+
4'M
5'M
6'M
7'M
3M
4M
5M
7M
8M
O
NO2N
+
![Page 14: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/14.jpg)
1955-70 között a spiropiránok voltak a leggyakrabban használt fotokróm vegyületek.
Előnyök: könnyen előállíthatók jó színkontraszt nagy fényérzékenység megf. seb. termikus halványodás
Hátrány: gyors kifáradás (degradáció).
![Page 15: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/15.jpg)
Kereskedelmi alkalmazások
Fotolitográfiában jelzőanyagok.MikrofényképezésFolyadékáramlás méréseRuhák, játékok
Polimerhez kapcsolt spiropirán Polimerkémikus: polimer fotoszenzitív oldallánccal Fotokémikus: spiropirán polimer szubsztituenssel
A spiropiránhoz kapcsolt polimer jelentősen lecsökkenti a termikus fakulás sebességét.
![Page 16: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/16.jpg)
Alkalmazás orientált mintákban
Langmuir-Blodget filmekbenMembránokbanFolyadékkristályokbanFelületeken
Biológiai alkalmazás Bioszenzorok Fototerápia
A fotokróm tulajdonságok megváltoznak.
Informatika Nagysűrűségű optikai memóriák
![Page 17: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/17.jpg)
2. Spiroxazinok
1: UV2: látható
h1
, h2N O N
O
Előny: fotostabilitás
![Page 18: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/18.jpg)
Fotokróm lencsékKövetelmények: UV-t nyelje el, könnyű legyen, divatos színű, napfény hatására sötétedjen.
1980-as évektől spiroxazin alapú lencsék kereskedelmi forgalomban
![Page 19: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/19.jpg)
Transitions Optical Inc. fotokróm lencse - 1991
![Page 20: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/20.jpg)
Transitions Optical Inc. fotokróm lencse - 1991
![Page 21: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/21.jpg)
Fotokróm tintaMitsubishi Chemical Corp.: Vízalapú, polimerhez kötött spiroxazin Textiliák festésére Kapszula mérete: 20 m Napfény hatására 10 mp alatt elszíneződik Sötétben 15 mp alatt kifakul
![Page 22: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/22.jpg)
Fotokróm táblaüveg
Nissan Motor és Mitsubishi Chemical Corp.
üveg
üveg
fotokróm réteg10 m
poli(vinil)-butirál
napfény
![Page 23: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/23.jpg)
Fotokróm táblaüveg
![Page 24: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/24.jpg)
3. Benzo- és naftopiránok
R(5~8)
R1
R2 R2
R1
O
R3
R4O
R3
R4
R(5~10)
O
R3
R4
R(5~10)
R1
R2 R2
R1
R(5~10)
O
R3
R4
![Page 25: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/25.jpg)
Mechanizmus
h1
O
R1
R2 O
R1
R2
Fotokróm lencsékOptikai kapcsolók, stb.
Alkalmazás:
![Page 26: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/26.jpg)
Fulgid Fulgimid
4. Fulgidek
O
O
O
R1
R4
R2
R3 R3
R2
R4
R1
N
O
O
R5
![Page 27: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/27.jpg)
Mechanizmus - fotociklizáció
h1
h2
O
O
O
OO
O
O
O
1: UV2: látható
![Page 28: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/28.jpg)
Alkalmazások
Aktinometria
Fotokróm tinták, festékek, szövetek
Optikai kapcsolók
Optikai adattárolás
![Page 29: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/34.jpg)
Optikai adattárolás
Követelmények:
termikus stabilitásírás-olvasás megfelelő érzékenységgelfotostabilitása lézernek megfelelő hullámhosszolvasáskor ne történjen átalakulás
Háromdimenziós adattárolás: kétfotonos fotokróm átalakulással
![Page 35: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/35.jpg)
Kétfotonos fotokromizmus
S0
Sn
h1
h2
A
B
virtuális szint
![Page 36: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/36.jpg)
Írás merőleges sugárnyalábokkal
![Page 37: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/37.jpg)
Fotokróm szemüveglencsék:
AgCl és CuCl kristályok az üvegben
Fotooxidáció:
Cl- Cl + e- (oxidáció)
Ag+ + e- Ag (redukció)
Szervetlen fotokrómok
![Page 38: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/38.jpg)
Sötétben a visszaalakulást segíti a CuCl
ClCuCuCl 2
CuAgCuAg 2
![Page 39: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/39.jpg)
Optikai szenzormolekulák
Makrociklusokhoz kapcsolt fotokrómvegyületek
Makrociklusok:
koronaéterek, kalixarének stb.
Fotokrómok:
spiropiránok, spirooxazinok stb.
Komplexképzés befolyásolja a fotokróm viselkedést.
![Page 40: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/40.jpg)
spiropirán merocianin
O
O
OH O
O
O
O
ON
O
O NO2
But ButBut But ButBut ButBut
NO2
ON
O
O
O
OH O
O
O
O
O
+-
h2,
h1
kalixarén + koronaéter+ fotokróm
![Page 41: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/41.jpg)
6-nitro-BIPS komplexképzése
N
NO2
O
![Page 42: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/42.jpg)
Spiropirán királis koronaéter származéka
(S)
komplexképzés fémionokkal, a merocianin forma kialakul UV besugárzás nélkül
királis molekulák felismerése
O
NCH3
CH3
CH3
NO2
O
O
O
O
N
![Page 43: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/43.jpg)
Komplexképzés alkálifémekkel
400 500 6000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
A
(nm)
fémion nélkül [Li] = 3E-4 M [Na] = 3E-4 M
![Page 44: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/44.jpg)
Komplexképzés alkáliföldfémekkel
400 500 6000,0
0,5
1,0
A
(nm)
fémion nélkül [Ca] = 3E-4 M [Mg] = 3E-4 M [Ba] = 3E-4 M [Sr] = 3E4 M
![Page 45: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/45.jpg)
Komplexképzés naftil-etil-aminnal
400 500 600-4
0
4
8 [ké236]=5E-5 M [ké236]=5E-5 M, [S-nea]=3E-4 M [ké236]=5E-5 M, [R-nea]=3E-4 M
CD
jel (
mfo
k)
(nm)
![Page 46: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/46.jpg)
Spirooxazin etil-cellulóz (EC) és poli(metil-metakrilát)(PMMA) nanokapszulákban
0 50 100 1500,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 1 2 3 4
0,00
0,01
0,02
B
t [s]
A (
60
0 n
m)
UV kiUV be
A (
600 n
m)
t [s]
0 500 1000 1500 20000,24
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34A
A (
600 n
m)
t [s]
Acetonitril
PMMA
![Page 47: Fotokróm anyagok](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/56814b17550346895db82e16/html5/thumbnails/47.jpg)
0 1 2 30,0
0,2
0,4
0,6
SPOX × 10
PMMA/SPOX
EC/SPOX
A
(60
0 nm
)
t [104 s]
Spirooxazin fotodegradációja nanokapszulákban