L’università di Osaka sviluppa un cristallo che diventa liquido se esposto alla luce UV

Un team di chimici dell’Università di Osaka, in Giappone, ha identificato una rara proprietà in un cristallo. Quando viene esposto al fresco bagliore della luce ultravioletta (UV), il materiale organico solido si trasforma in un liquido. Da Chemical Science

Inoltre, questo cristallo subisce un’interessante serie di cambiamenti nella sua luminescenza durante la fusione che indicano cambiamenti nella struttura del cristallo a livello molecolare.

Per quanto insolita, non è la prima sostanza a subire la cosiddetta transizione cristallo-liquido fotoindotta (PCLT). Ma la possibilità di studiare la transizione utilizzando la luce potrebbe aiutare gli scienziati a comprenderla meglio, aprendo potenzialmente un’intera gamma di potenziali usi nella fotonica, nell’elettronica e nella somministrazione di farmaci.

“Questo è il primo cristallo organico di cui siamo a conoscenza che mostra un’evoluzione luminescente durante la fusione del cristallo, con cambiamenti di intensità e colore, dal verde al giallo“, spiega il chimico Mao Komura.

Il materiale è un tipo di composto organico noto come dichetone eteroaromatico, che il team ha soprannominato “SO” per via dello zolfo e dell’ossigeno presenti nei suoi due anelli.

Quando viene esposto per la prima volta alla luce UV, il composto cristallino SO si illumina di una debole luce verde. Man mano che l’esposizione prosegue, tuttavia, si illumina di giallo e si scioglie lentamente. Grazie all’osservazione ravvicinata della nitidezza del confine tra gli stati, è chiaro che la transizione non è dovuta al riscaldamento.

Utilizzando calcoli teorici e una serie di tecniche di studio (tra cui l’analisi a raggi X e l’analisi delle proprietà termodinamiche), oltre a dati provenienti da ricerche precedenti, il team ha determinato che il diketone SO stava effettivamente passando da una forma molecolare (“skew”) a un’altra (“planar”).

Ulteriori approfondimenti sono stati ottenuti da altri composti cristallini simili, che non si sono sciolti o si sono sciolti ma non hanno cambiato colore. Questo dato indica ai ricercatori i cambiamenti molecolari che si verificano quando questi cristalli passano da solidi a liquidi.

“Abbiamo scoperto che i cambiamenti nella luminescenza derivano da processi sequenziali di allentamento del cristallo e di cambiamenti conformazionali prima della fusione”, spiega il chimico Yosuke Tani, dell’Università di Osaka.

Lavorando a ritroso, questo dimostra che c’è qualcosa di speciale nella disposizione molecolare di questi materiali che fa sì che si fondano e passino da una fase all’altra quando vengono esposti a determinati tipi di luce”.

Diagramma di mutazione del SO

La possibilità di controllare i materiali con la luce potrebbe essere molto utile: è relativamente economica e semplice da realizzare, è ecologica e non invasiva. Un esempio di applicazione suggerito dai ricercatori è un adesivo reversibile che può essere modificato attraverso l’esposizione alla luce. Però potremmo anche pensare a materiali malleabili se sottoposti alla luce. 

La chiave dei progressi delineati in questo studio è il modo in cui il diketone SO ha cambiato colore, dando ai ricercatori una visione vitale di ciò che stava accadendo alle scale più piccole all’interno del composto cristallino.

“Queste indicazioni visive delle fasi del processo PCLT ci hanno permesso di far progredire l’attuale comprensione della fusione dei cristalli a livello molecolare”, afferma Tani.