Группа ученых из Нагойского университета разработала термически перестраивающиеся гидрогели, способные изменять свою окраску при изменении температуры. Эти гидрогели представляют собой полимерный гель, допированный техническим углеродом (сажей). Результаты работы опубликованы в Angewandte Chemie International Edition.
Для синтеза гидрогелей ученые растворили N-изопропилакриламид, частицы диоксида кремния и инициатор полимеризации в диметилсульфоксиде. Из получившегося геля с помощью гидроксида натрия удалили частицы оксида кремния. В результате образовался конечный продукт — пористый гидрогель из полиизопропилакриламида, представляющий собой некий аналог обращенного фотонного кристалла с ближним упорядочением структуры.
Фотонные кристаллы – пространственно-периодические структуры, диэлектрическая проницаемость которых промодулирована с периодом, сравнимым с длиной волны света. Иначе говоря, показатель преломления подобных материалов периодически изменяется в пространстве с периодом, допускающим брэгговскую дифракцию. Простым примером прямого фотонного кристалла являются субмикронные полистирольные шарики, упорядоченно расположенные на подложке из другого материала. Также существуют обращенные фотонные кристаллы, представляющие собой упорядоченные «дырки» в однородном материале.
Полученный гидрогель в чистом виде неокрашен, однако, при добавлении небольшого количества сажи (менее десятой доли весового процента) во время синтеза, образуется материал, способный обратимо изменять окраску при изменении температуры геля.
Окраска гидрогелей появляется из-за некогерентного рассеяния света, а ее изменение при нагреве вызвано изменением ближнего порядка структуры материала. Важной особенностью полученных материалов является отсутствие изменения окраски геля под различными углами обзора. По словам авторов, поскольку изменение цвета обратимо и происходит в диапазоне от красного до синего, подобные гидрогели можно использовать при создании дисплеев, широкоугольных сенсоров, а также «электронной бумаги».