Η «αναπνοή» εξηγεί την αντιστρέψιμη αλλαγή στη σκουρότητα που προκαλείται από το φως σε ορισμένα υλικά

Ορισμένα υλικά υφίστανται αναστρέψιμη αλλαγή στο χρώμα ή στη διαφάνειά τους όταν εκτίθενται σε φως. Αυτό το φαινόμενο, αποκαλούμενο φωτοχρωμισμός, χρησιμοποιείται για να κατασκευάζονται γυαλιά που σκοτεινιάζουν στο ηλιακό φως. Το 2011, οι επιστήμονες ανακάλυψαν τον φωτοχρωμισμό σε ένα σπάνιο υλικό που περιέχεται στη Γη το οξυ-υδρίδιο του υττρίου (YHO), ο μηχανισμός όμως πίσω από αυτό το σπάνιο παράδειγμα του φωτο-επαγόμενου σκότους παρέμενε κρυμμένος. Τώρα, ο José Montero από το Πανεπιστήμιο της Uppsala στη Σουηδία, και οι συνάδελφοί του δείχνουν πώς το YHO «εκπνέει» το οξυγόνο κάτω από φωτισμό, οδηγώντας το να αλλάζει από διαφανές σε μαύρο.

Ο φωτοχρωματισμός είναι από καιρό γνωστό ότι συμβαίνει σε αλογονούχο άργυρο και ορισμένες οργανικές βαφές. Οι διάφορες ενώσεις αλογονούχου αργύρου, που συχνά χρησιμοποιούνται σε φωτοχρωματικά ματογυάλια, οφείλουν την απόκρισή τους στο φως σε φωτο-απελευθερωμένα ηλεκτρόνια που συνδυάζονται με ιόντα αργύρου. Αυτός ο βασιζόμενος στα ηλεκτρόνια μηχανισμός δεν εξηγεί τον φωτοχρωμισμό στο YHO, έτσι διάφορες ερευνητικές ομάδες έχουν αναζητήσει άλλες εξηγήσεις.

Ο Montero και οι συνάδελφοί του ανακάλυψαν τον αναπνευστικό μηχανισμό τους ενώ μελετούσαν φιλμ YHO σε περιβάλλοντα τόσο αέρα όσο και αερίου αζώτου. Προς μεγάλη έκπληξη, τα φιλμ αποχρωματίζονταν στον αέρα όμως παρέμεναν σκούρα στο άζωτο. Επιπροσθέτως, βρήκαν ότι τα φιλμ έγιναν πιο υδροφοβικά κάτω από έκθεση σε φως – ενώ άλλες μεταλλικές ενώσεις γίνονται πιο υδρόφιλες. Τοποθετώντας τα κομμάτια του puzzle μαζί, η ομάδα συνειδητοποίησε ότι το φως οδηγούσε ένα κλάσμα των ατόμων οξυγόνου να διαχέονται έξω από το πλέγμα του κρυστάλλου του YHO – όπως επιβεβαίωσαν με φασματοσκοπία ακτίνων-Χ. Οι παραγόμενες περιοχές μειωμένου οξυγόνου απορροφούν φως, εξηγώντας την επαγόμενη από το φως σκουρότητα του YHO. Η διαδικασία αντιστρέφεται όταν τα φώτα σβήνουν – και το οξυγόνο επανα-απορροφάται από το υλικό.

Για τις φωτοχρωματικές εφαρμογές, το YHO είναι περισσότερο δυναμικό από τις οργανικές βαφές και περισσότερο συμβατό με τις τεχνολογίες επικάλυψης γυαλιών από ότι οι αλογονούχες ενώσεις του αργύρου. Για αυτό το λόγο, ο Montero και οι συνάδελφοί του προβλέπουν τη χρήση φιλμ YHO σε «έξυπνα» παράθυρα που θα αλλάζουν χρώμα ανάλογα με τον εξωτερικό καιρό.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Light-induced breathing in photochromic yttrium oxyhydrides. Physical Review Materials.