Tutkijat paljastavat väriä muuttavien mineraalien salaisuudet mahdollisilla käyttötavoilla lääketieteessä ja avaruustutkimuksissa.

Turun yliopiston tutkijat raportoivat, miksi luonnonmineraali hackmaniitti voi muuttaa väriään altistuessaan UV-säteilylle. Koska tämä prosessi voi tapahtua toistuvasti ja materiaalia kuluttamatta, hackmaniitti voisi muodostaa perustan uusille LED- ja UV-valvontatekniikoille.

Kuvan tekijät Bob Fosbury / Flickr.

Hackmanitea on tutkittu Turun yliopistossa nyt lähes vuosikymmenen ajan. Mineraali on helppo syntetisoida ja sillä on erinomainen kestävyys. Yhdessä UV-säteilyn reaktion kanssa nämä ominaisuudet tekevät siitä erittäin mielenkiintoisen materiaalin tutkijoille, jotka haluavat hyödyntää sen käyttöä kulutuselektroniikasta lääkelaitteisiin.

Se erottuu siitä, että hackmaniitti on yksi kolmesta tunnetusta mineraalista, jotka voivat muuttaa värinsä valkoisesta purppuraan altistuessaan UV-säteilylle: tätä prosessia kutsutaan fotokromioksi. Toisin kuin kahdessa muussa, hackmaniitin muutos on kuitenkin palautuva, suhteellisen pitkäkestoinen, eikä kuluta malmia millään tavalla.

Täsmälleen miksi tämä värinmuutos tapahtuu ja miten se on kuitenkin jäänyt toistaiseksi tuntemattomaksi. Uusi paperi työskenteli kaikkien kolmen luonnollisen väriä muuttavan mineraalin – hackmaniitin, tugtupiitin ja skapoliitin – kanssa löytääkseen vastauksen.

Luotettava värinvaihto

Vaikka tässä paperissa tutkitut kolme mineraalia ovat kaikki epäorgaanisia luonnollisia yhdisteitä, on olemassa melko vähän orgaanisia yhdisteitä, jotka voivat muuttua palautuvasti myös UV-valolle altistuessaan. Nämä hiilivedyt voivat kuitenkin kestää prosessin läpi vain muutaman kerran, ennen kuin niiden molekyylirakenne kärsii täydellisestä hajoamisesta. Tämä johtuu siitä, että mikä tahansa havaittava aineen värin muutos syntyy sen rakenteen merkittävistä muutoksista, ja näiden muutosten toistuva läpikäyminen vahingoittaa hiilivetymolekyyliä.

”Tässä tutkimuksessa saimme ensimmäistä kertaa selville, että värinmuutosprosessissa on todellakin mukana rakenteellinen muutos. Kun väri muuttuu, rakenteessa olevat natriumatomit siirtyvät suhteellisen kauas tavanomaisista paikoistaan ​​ja palaavat sitten takaisin. Tätä voidaan kutsua rakenteelliseksi hengittämiseksi, eikä se tuhoa rakennetta, vaikka se toistuisi monta kertaa, kertoo professori Mika Lastusaari Turun yliopiston kemian laitokselta, paperin toinen kirjoittaja.

Löydösten mukaan kolme epäorgaanista mineraalia selviävät tästä prosessista loputtomiin. Niiden kyky tehdä niin johtuu niiden kolmiulotteisesta kemiallisesta rakenteesta. Tämä on samanlainen kuin zeoliitit, mineraaliluokka, joita käytetään pesuaineiden, kuivausaineiden ja ilmanpuhdistimien valmistukseen, koska niiden häkkimäinen rakenne mahdollistaa erilaisten hiukkasten vangitsemisen ja vapauttamisen. Zeoliittipesuaineet esimerkiksi poistavat magnesium- ja kalsiumatomeja vedestä sitomalla ne häkkimaisten molekyylien huokosten sisään.

“Näissä väriä muuttavissa mineraaleissa kaikki värinmuutokseen liittyvät prosessit tapahtuvat zeoliittihäkin huokosten sisällä, joissa natrium- ja klooriatomit sijaitsevat. Eli häkkimäinen rakenne mahdollistaa atomin liikkeen häkin sisällä pitäen itse häkin ehjänä. Siksi mineraalit voivat muuttaa väriä ja palauttaa alkuperäisen värinsä käytännössä loputtomiin”, kertoo tohtori Sami Vuori, paperin toinen kirjoittaja.

Lisäksi ryhmä selittää, että nopeus, jolla nämä mineraalit voivat muuttaa väriään, riippuu etäisyydestä, jonka niiden rakenteiden sisällä olevat natriumatomit tarvitsevat liikkua. Tämä tiedonpala on erityisen arvokasta lääketieteellisissä sovelluksissa, koska tiedämme nyt säätelevän tarkemmin tietyn rakenteen värinmuutosominaisuuksia.

Tämä on ensimmäinen kerta, kun meillä on malli siitä, kuinka väriä muuttavat mineraalit toimivat, tiimi selittää. Tiimi tutkii nyt erilaisia ​​hackmaniitin sovelluksia, kuten LEDien ja muiden hehkulamppujen vaihtamista tai sen käyttöä röntgenkuvaukseen. Toinen jännittävä mahdollisuus on hackmaniittipohjaisten säteilyilmaisimien ja mittaustyökalujen kehittäminen; niitä käytettäisiin kansainvälisellä avaruusasemalla ja muissa miehitetyissä avaruustehtävissä, jotta miehistö voisi mitata eri materiaalien säteilynottoa.

”Hackmaniitin värin vahvuus riippuu siitä, kuinka suurelle UV-säteilylle se altistuu, joten materiaalia voidaan käyttää esimerkiksi auringon säteilyn UV-indeksin määrittämiseen. Avaruusasemalla testattavaa hackmaniittia tullaan käyttämään samalla tavalla, mutta tätä ominaisuutta voidaan käyttää myös jokapäiväisissä sovelluksissa. Olemme jo kehittäneet esimerkiksi matkapuhelinsovelluksen UV-säteilyn mittaamiseen, joka on kaikkien käytettävissä”, Sami Vuori kertoo.

Lehdessä on julkaistu artikkeli “The structure origin of the efficient photochromism in natural minerals”. PNAS.

Tutkijat paljastavat väriä muuttavien mineraalien salaisuudet mahdollisilla käyttötavoilla lääketieteessä ja avaruustutkimuksissa.
Source#Tutkijat #paljastavat #väriä #muuttavien #mineraalien #salaisuudet #mahdollisilla #käyttötavoilla #lääketieteessä #avaruustutkimuksissa

Leave a Comment