Ученые из Японии наблюдали одну из самых быстрых химических реакций в мире
Москва, 16:40, 13 Сен 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Многие природные и синтетические химические системы реагируют и изменяют свои свойства в присутствии определенных видов света. Эти реакции могут происходить слишком быстро, чтобы их могли увидеть обычные инструменты. Особый вид реакции, наблюдаемый с помощью нового метода, может привести к появлению новой оптической нанотехнологии.
Фотоизомеризация — это тип изомеризации, который активируется светом и происходит быстрее, чем мгновение ока. Профессор Такаши Като с химического факультета Университета Цукуба и его коллеги подвергли жидкокристаллические молекулы химического соединения азобензол определенным частотам ультрафиолетового излучения. Фотоизомеризация отдельной молекулы азобензола обычно происходит в масштабе сотен фемтосекунд (квадриллионных долей секунды). Это примерно от миллиардной до триллионной доли времени, которое обычно уходит у вас на мигание! Исследователи обнаружили, что молекула запускает молекулярные взаимодействия в жидких кристаллах в течение сотен пикосекунд (триллионных долей секунды).
«Мы показали, как изменить форму молекул азобензола с прямой формы стержня на слегка изогнутую форму в процессе, вызванном фотооблучением ультрафиолетом. Этот изгиб может привести к некоторой механической или электронной функции», — сказал Като. «Реакция распространяется через соседние молекулы в образце, что означает, что это чрезвычайно эффективный процесс».
Однако эта реакция не проходит изолированно. Это происходит в образце мягкой материи, функция которой зависит от составляющих молекул и их поведения. В этом случае мягкая материя может означать что угодно, от искусственной мышцы до гибких фотографических датчиков или даже вещей, которые еще не придуманы. Важным фактом является то, что начальная реакция, которая обычно занимает всего несколько сотен фемтосекунд, инициирует реакцию в окружающей мягкой материи примерно за сотню пикосекунд и делает это эффективно.
Методы наблюдения известны как сверхбыстрая переходная спектроскопия, которая является точным способом записи состава молекулярного образца, и сверхбыстрая электронная дифракция с временным разрешением, которая аналогична рентгеновскому и позволяет наблюдать изображения реакции. Обратите внимание, что оба метода называются «сверхбыстрыми», что говорит о том, что других методов было бы недостаточно для сбора данных с временным разрешением, которое желали исследователи.
«Я работал над заказанными молекулярными сборками, такими как самоорганизующиеся системы, более 35 лет в качестве химика с тех пор, как я был аспирантом. Это исследование развивает фундаментальную химию фотореагирующих молекул в мягкой материи, а также их сверхбыстрое фотомеханическое применение», — заключил Като. «Для меня и его коллег большая честь работать над этим проектом. Мы надеемся, что это может способствовать разработке материалов на молекулярной основе, таких как механизмы с мягким телом и фотофункциональные материалы».
