자외선에 노출될 때 빠른 변색을 보이는 물질

[아이팍스]

자외선에 노출될 때 빠른 변색을 보이는 물질

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-04-23

일본 연구진은 빛에 노출시켰을 때 기존의 물질보다 수천 배 더 빠르게 색깔이 변화는 새로운 포토크로믹(photochromic, 어떤 물질이 빛의 조사에 의하여 착색되거나 변색되고 어두운 곳에서는 원상태로 되돌아가는 성질을 갖는 것) 물질을 개발하였다. 이 개발은 향상된 선글라스와 더 강력한 컴퓨터, 동적 홀로그램(dynamic hologram)을 포함하는 다양한 분야의 발전을 이끌 수 있을 것이라고 연구진은 말했다. 이번 연구결과는 Journal of the American Chemical Society에 게재되었다.

포토크로믹 물질들은 많은 최첨단 선글라스 렌즈에 적용되고 있고 여기서 눈에 보이지 않은 층으로 표면 위에 형성되었다고 애베(Jiro Abe)와 연구진은 말했다. 몇 년 동안 연구진은 컴퓨터의 광학적 데이터 저장과 더 제어할 수 있는 약물 전달을 위한 "분자 스위치(molecular switch)"로서 이 독특한 물질을 사용할 수 있는 가능성을 조사했다. 그러나 기존의 포토크로믹 물질들은 상대적으로 느리게 반응하고 불안정한 경향이 있었다. 이것은 많은 새로운 분야에 이 물질을 적용시키는 것을 방해했다.

연구진은 광 유발의 가역 결합 분할(reversible bond cleavage)을 기초로 한 광색성(photochromism)이 자외선 빛 조사로 빠른 착색과 상온에서 수십 밀리세컨드((milisecond) 안에 계속적인 빠른 표백을 할 수 있다는 것을 증명했다. 연구진은 자외선을 주사했을 때 무색에서 푸른색으로 변화는 paracyclophane moiety, pseudogem-bisDPI[2.2]PC을 가진 bisimidazole 유도체를 개발하는데 성공했다. 입사광선은 한 쌍의 이미다졸릴 라디칼(imidazolyl radical)을 발생하면서 두 개의 이미다졸 링(imidazole ring)을 연결하는 C-N 결합의 양쪽을 똑같이 쪼갠다. paracyclophane moiety는 한 개로부터 다른 것으로 확산되는 것을 방지하면서 두 개의 라디칼을 연결했다. 이 라디칼은 원래의 비스이미다졸(bisimidazole)로 돌아가기 위해서 서로 빠르게 결합했다. 강력한 광착색(photocoloration)과 빠른 열적 표백 성능을 보여주는 이런 포토크로믹 물질들은 실행할 수 있는 빠른 광 변조기(light modulator) 적용을 위해서 유망한 물질이 될 수 있을 것이다.

연구진은 자외선 빛에 노출시켰을 때 즉시 착색되고 빛을 차단시켰을 때 수십 밀리세컨드 안에 색이 사라지는 독특한 포토크로믹 물질을 개발했다. 이 탈색 속도는 기존의 물질보다 수천 배 더 빠르다. 또한 물질은 더 안정하고 더 오래 지속된다고 연구진은 설명했다. 실험실에서 연구진은 새로운 물질을 자외선에 노출시켰을 때 고체와 액체 두 상태에서 무색에서 푸른색으로 순식간에 변할 수 있다는 것을 보였다. 이 연구결과로 전례가 없는 스위칭 속도와 놀라운 안전성을 가진 미래 장치를 위한 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

이 연구는 아오야마 가쿠인 대학(Aoyama Gakuin University) 연구진에 의해서 수행되었고 이 연구결과는 Journal of the American Chemical Society에 “A Fast Photochromic Molecule That Colors Only under UV Light” 이라는 제목으로 게재되었다(J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (12), pp 4227?4229 DOI: 10.1021/ja810032t).

그림 1. 자외선 조사때 변화되는 분자구조와 온도에 따른 변색 속도.
그림 2. 새로운 포토크로믹 물질로 만들어진 선글라스.

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