Byggstenarna i rationellt utformade kemikalier är enkla grundämnen:kol, väte, syre och så vidare. Dessa element kan kombineras på otaliga sätt för att åstadkomma en mängd olika kemikalier med olika egenskaper. Till och med samma kemikalie kan behandlas på olika sätt - med tryck eller värme, till exempel – för att visa drastiskt olika egenskaper. En enklare version är att tänka på hur vatten kan kokas för att koka pasta eller frysas till is – samma ingrediens kan göras till två olika tillstånd via temperaturbehandling.

Nu, forskare arbetar för att bättre kontrollera hur kemikalierna svarar på behandlingen, samt hur man vänder kemikalierna tillbaka till deras ursprungliga tillstånd med liten eller ingen störning. Sådan kontroll skulle göra det möjligt för forskare att förbereda avkänningssystemen för miljöstimuli, samt upprepa avkänningen kontinuerligt.

Ett team av forskare vid Yokohama National University har uppnått sådana resultat med en specifik förening som kan avge ljus och har potentiella tillämpningar i nästa generation av smarta enheter som bärbara enheter och målningar mot förfalskning. De publicerade sina resultat online den 12 september, före utskrift i Kemisk kommunikation .

Föreningen är ett derivat av tiofen, som är ett färgämne med mekanokroma luminescensegenskaper - det ändrar färg under fysisk förändring. Det börjar avge ett violett sken under bestrålningen av UV-ljus, men när den utsätts för mekaniska stimuli, som slipning, det violetta skenet skiftar något till blått. Ett annat yttre ingrepp kan få substansen att läka och bli violett igen.

"Mekanokromiskt luminescerande (MCL) färgämnen har nyligen tilldragit sig stort intresse på grund av deras potentiella tillämpningar, "sa Suguru Ito, pappersförfattare och docent vid Institutionen för kemi och livsvetenskap vid Graduate School of Engineering Science vid Yokohama National University. "Dock, det är fortfarande mycket svårt att rationellt utforma MCL-färgämnen med önskade egenskaper."

I den här studien, dock, forskare upptäckte att genom att lägga till en annan kemikalie som kallas DMQA, färgen ändrades till orange under mekanisk stimuli. Färgämnet behövde inte heller mer yttre stimuli för att återgå till violett.

"Vi kombinerade två typer av rationella designriktlinjer för att justera de luminescerande egenskaperna, vilket resulterar i de önskade – och aldrig tidigare skådade – egenskaperna hos hög kontrast, självåterställande färgämnen, "Sa Ito.

Den första rationella designriktlinjen är att färgämnets återhämtningsbeteende kan tillskrivas längden på alkylgruppen i föreningen - en längre kedja av kolatomer med väten i färgen gör att färgen kan omkristallisera och läka i tid. Den andra är att genom att blanda med DMQA, färgomfånget mellan det ursprungliga tillståndet och grundtillståndet skiljer sig mycket.

"Nästa steg är att upprätta en rationell designriktlinje för att kontrollera färgämnets känslighet för mekaniska stimuli, " Sa Ito. "Mitt slutmål är att utveckla ett innovativt tryckavkännande system genom att rationellt skapa ett material som kan ändra sin emissionsfärg i steg som svar på mekaniska stimuli av olika intensitet."

Med sådan kontroll, Ito skulle kunna använda mekaniska stimuli för att exakt inducera ett specifikt och avsett svar. Ett litet tryck kan flytta det violetta skenet till blått, lite mer tryck pressar glöden närmare rött. Ett system med sådan förmåga skulle möjliggöra stegvisa förändringar och återhämtning genom stimulansen, vilket kan vara mycket fördelaktigt i nästa generation av smarta material, enligt Ito.