Fotocromismo de comprimento de onda

Nature volume 617, páginas 499–506 (2023)Cite este artigo

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A segregação de fases é onipresente em misturas imiscíveis, como óleo e água, nas quais a entropia de mistura é superada pela entalpia de segregação . Em sistemas coloidais monodispersos, entretanto, as interações coloidal-coloidal são geralmente inespecíficas e de curto alcance, o que leva a uma entalpia de segregação insignificante . As partículas coloidais fotoativas recentemente desenvolvidas mostram interações foréticas de longo alcance, que podem ser facilmente ajustadas com a luz incidente, sugerindo um modelo ideal para estudar o comportamento de fase e a cinética de evolução da estrutura . Neste trabalho, projetamos um sistema coloidal ativo seletivo espectral simples, no qual espécies coloidais de TiO2 foram codificadas com corantes espectrais distintos para formar um enxame coloidal fotocrômico. Neste sistema, as interações partícula-partícula podem ser programadas combinando a luz incidente com vários comprimentos de onda e intensidades para permitir gelificação e segregação coloidal controláveis. Além disso, ao misturar os colóides ciano, magenta e amarelo, é formulado um enxame coloidal fotocrômico dinâmico. Na iluminação de luz colorida, o enxame coloidal adapta a aparência da luz incidente devido à segregação de fases em camadas, apresentando uma abordagem fácil para papel eletrônico colorido e camuflagem óptica autoalimentada.

As propriedades macroscópicas dos materiais são fundamentalmente determinadas pelas interações entre suas unidades básicas de composição. Por exemplo, em uma mistura de moléculas com interações semelhantes, a entropia de mistura domina e leva a uma solução bem misturada, enquanto uma interação intermolecular distinta leva à penalidade de entalpia e causa segregação de fases . A solução coloidal é um excelente sistema modelo para estudar a transição de fase e a automontagem em escala atômica, na qual as partículas coloidais são consideradas gigantescos átomos artificiais . Os caminhos clássicos para a segregação de fases em misturas coloidais foram demonstrados pela alteração de variáveis ​​termodinâmicas, como temperatura e/ou interações de solventes .

Por outro lado, a matéria ativa oferece uma nova abordagem para a realização de comportamentos de fase complexos além do equilíbrio termodinâmico . A segregação de colóides ativos tem sido proposta como separação de fases induzida por motilidade , na qual as partículas de autopropulsão dispersas se condensam devido à mobilidade das partículas e à interação repulsiva. Teoricamente, a mistura coloidal ativa pode se separar em autofase devido à difusividade distinta , temperatura 17 e atividade .

Mais recentemente, os micronadadores movidos a luz foram desenvolvidos em relação a um nanorrobô controlável, que oferece potencial para aplicação biomédica e novos materiais funcionais, uma vez que a atividade do nadador, a direção do alinhamento e a interação interpartículas podem ser prontamente moduladas com incidentes. luz. Devido à sua flexibilidade, o sistema coloidal ativo alimentado por luz foi recentemente aplicado à pesquisa de matéria ativa , na qual as interações entre partículas podem ser repetidamente ligadas e desligadas. Por outro lado, uma característica única dos colóides ativos alimentados por luz é que as partículas podem ser projetadas para responder a diferentes comprimentos de onda e estados de polarização da luz, permitindo a excitação seletiva de uma espécie coloidal dentro de uma solução de mistura coloidal. Aqui, apresentamos um sistema coloidal ativo espectrosseletivo simples composto de partículas coloidais fotossensíveis de TiO2 suspensas em solução de transporte redox. Na fotoexcitação, a reação redox nas partículas de TiO2 gera gradiente químico, que ajusta a interação efetiva partícula-partícula. Ao misturar várias espécies coloidais de TiO2 idênticas carregadas com corantes de diferentes espectros de absorção e ajustar os espectros de luz incidente, a segregação da fase coloidal sob demanda é realizada.