Profesor google: Apa itu Bahan Thermokromik?

Apa itu termokromisme?

Semua orang mendengar ungkapan "panas merah", tapi apa artinya sebenarnya? Jika kita memanaskan batang besi di tungku, kita akan melihatnya perlahan-lahan berubah warna dari hitam abu-abu aslinya (sekitar 600 ° C atau 1100 ° F) menjadi merah panas (~ 950 ° C atau 1750 ° F), berwarna kuning Panas (~ 1100 ° C atau 2000 ° F), dan kemudian panas putih (pada suhu yang lebih tinggi). Semakin panas, semakin banyak energi yang terkandung di dalamnya. Saat api memompa energi ke dalam setrika, atom besi menjadi "tereksitasi" dan tidak stabil, dan elektron mereka menyerap energi secara singkat, lalu melemparkannya kembali ke luar dalam bentuk partikel cahaya yang dikenal sebagai foton. Itu sebabnya mengapa benda-benda panas berubah warna, dan juga mengapa warna mereka berubah (dari merah menjadi putih) hal ini disebabkan karena semakin panas benda, maka benda tersebut mengeluarkan berbagai jenis energi cahaya. Ini adalah contoh dari apa yang disebut pijaran, dimana energi panas terus berubah menjadi energi cahaya.

Berpijar: benda dengan banyak energi panas, seperti elemen pemanas dalam api listrik ini, mengeluarkan energi cahaya yang tampak berupa cahaya menyala merah, kuning, atau putih.

Bahan termokromik berubah warna pada suhu yang jauh lebih rendah dan untuk sesuatu hal, maka bahan tersebut tidak harus berpijar. Ada dua jenis bahan utama yang banyak digunakan untuk menghasilkan efek termokromik. Salah satunya menggunakan kristal cair (bahan seperti yang digunakan dalam monitor komputer atau ponsel), dan yang lain menggunakan pewarna organik (berbahan dasar karbon) yang dikenal sebagai leucodyes (kadang-kadang ditulis leuco dyes).

Kristal cair yang paling kita kenal digunakan untuk display LCD elektronik seperti yang ada di kalkulator saku ini, namun teknologi yang sama juga digunakan pada termometer termokromik.

Bagaimana kristal cair termokromik bekerja

Seperti namanya, kristal cair agak mirip padatan dalam beberapa hal dan cairan sisi lainnya. Satu yang menarik adalah dalam bentuk yang dikenal sebagai nematic, di mana molekul disusun sedikit seperti korek api dalam kotak-berlapis atau kurang lebih menunjukan dengan cara yang sama. Beberapa cahaya yang bersinar pada kristal cair nematic maka beberapa di antaranya akan kembali tercermin dalam jenis refleksi yang dikenal sebagai iridescence, fenomena yang sama yang membuat warna dari sisik pada sayap kupu-kupu, atau permukaan gelembung air sabun.

Secara sederhana, gelombang cahaya masuk memantulkan kristal di dekatnya dan menambahkan bersama oleh sebuah proses yang disebut interferensi, yang menghasilkan pantulan. Warna cahaya yang dipantulkan tergantung (dengan cara yang sangat tepat) seberapa dekat kristal itu bersama. Ketika kita menaskan atau mendinginkan kristal cair nematic kita dan kita akan mengubah jarak di antara keduanya, mengubah jumlah interferensi dan mengubah warna cahaya yang dipantulkan dari warna hitam, melalui merah dan semua spektrum warna menjadi ungu dan kembali menjadi hitam. lagi. Singkatnya, kristal cair terlihat berbeda warnanya tergantung pada suhu dimana karena perubahan suhu membuat mereka bergerak lebih dekat atau lebih jauh (tergantung materialnya).

Kristal cair termokromik (TLC, seperti yang diketahui) memberikan pengukuran suhu yang relatif akurat di dalam band tertentu, jadi mereka banyak digunakan dalam hal-hal seperti termometer strip (diletakkan di dahi bayi, mungkin, atau menempel di bagian dalam kulkas atau tangki akuarium). Biasanya mereka diproduksi dalam bentuk bola mikroskopis (kapsul) yang disematkan pada plastik (polimer).

Kristal cair termokromik (TLC) membuat warna melalui iridescence, proses yang sama dengan warna yang dihasilkan oleh skala jarak dekat pada sayap kupu-kupu. Foto sayap kupu-kupu ini diambil oleh Dr Thomas G. Barnes, Universitas Kennedy

Bagaimana kristal cair termokromik bekerja: pada gambar diatas menunjukan: Sinar cahaya masuk menimpa lapisan kristal cair (garis hitam) dan memantulkan kembali ke luar, dengan sinar keluar terinferensi (menambahkan atau mengurangi satu sama lain) untuk menghasilkan warna cahaya tertentu, dalam kasus ini warna biru, yang melalui suatu celah yang disebut difraksi Bragg (hamburan Bragg). Warna cahaya yang dipantulkan bergantung pada seberapa dekat lapisan kristalnya bersama. Gambar dibawahnya: Dalam contoh yang dibuat ini, mendinginkan kristal cair membuat mereka bergerak lebih jauh, mengubah cara gelombang cahaya keluar mengganggu dan membuat cahaya yang dipantulkan lebih redup dari sebelumnya.

Bagaimana leucodyes bekerja
Terkadang kita ingin hal-hal berubah warna karena semakin panas atau dingin hanya untuk hal baru atau hiburan dan kita tidak memerlukan sesuatu yang canggih untuk itu seperti TLC. Kita mungkin pernah melihat cangkir kopi dengan pesan tersembunyi atau gambar yang tiba-tiba muncul, seperti sihir, saat kita mengisinya dengan air panas? Atau mungkin kita memiliki kaos atau poster yang berubah warna saat kita menyentuhnya? Hal-hal seperti ini terjadi karena benda-benda tersebut dicetak dengan pewarna sensitif suhu khusus (atau tinta) yang disebut leucodyes, yang mulai-mula transparan (atau memiliki warna tertentu) dan menjadi terlihat (atau berubah menjadi warna yang berbeda) karena suhu naik atau turun.

Leucodyes adalah bahan kimia organik (berbasis karbon) yang berubah warna saat energi panas membuat molekul mereka bergeser bolak-balik antara dua struktur yang berbeda secara halus - yang dikenal sebagai bentuk leuco (tidak berwarna) dan non-leuco (berwarna). Bentuk leuco dan non-leuco menyerap dan memantulkan cahaya berbeda, sehingga muncul warna yang sangat berbeda saat dicetak pada bahan seperti kertas atau kapas.

Mug ini adalah mug yang bisa berubah warna ketika suhunya berbeda, pada saat dituangkan air panas maka warna mug akan berubah menjadi hitam dan ketika air panas dimug sudah mulai habis maka akan terlihat warna asli dari mug tersebut pada suhu kamar

Tidak seperti TLC, yang menggeser warna ke atas dan ke bawah spektrum merah-violet dimana mereka bisa menjadi lebih panas atau lebih dingin, leucodyes dapat dicampur dengan berbagai cara untuk menghasilkan semua jenis efek perubahan warna pada berbagai suhu sehari-hari. Leucodyes adalah indikator temperatur yang jauh lebih sederhana daripada TLC, umumnya hanya menunjukkan "dingin" lawan "panas" dengan satu perubahan warna sederhana. Itu karena semua yang bisa mereka lakukan adalah beralih bolak-balik antara dua bentuk berbeda (leuco dan non-leuco). Seperti TLC, leucodyes dapat dicetak di permukaan bahan lain dalam bentuk kapsul mikroskopis, namun bisa diproduksi lebih mudah dengan metode pencetakan tradisional seperti screenprinting. Itulah mengapa leucodyes lebih banyak digunakan dalam barang-barang baru yang diproduksi secara massal, setiap hari, dari pada TLC, yang cenderung memerlukan peralatan pencetakan khusus. Leucodyes juga digunakan untuk membuat kertas printer komputer termal (kertas licin dan keriting yang digunakan dalam penerimaan kasir yang memudar dengan cukup cepat di bawah sinar matahari) dan kaos "hipercolor" yang berubah warna saat kita menyentuhnya.