Китайские химики разработали невидимые чернила с обратимой двойной активацией

Китайские химики предложили использовать материалы с перовскитной структурой в качестве основного элемента симпатических чернил. Такие чернила с помощью химической активации можно перевести в состояние, в котором они становятся видны при облучении ультрафиолетом. При необходимости чернила потом можно перевести обратно в неактивное состояние. Работа опубликована в Nature Communications.

Использовать симпатические чернила, которые проявляются лишь про определенных условиях (химической активации, облучении ультрафиолетом, нагревании), начали еще в Древней Греции. Используют их обычно в тех случаях, когда нужно передать послание, которое по какой-то причине хочется скрыть от посторонних глаз. Основная проблема тех симпатических чернил, которые используются сейчас, — это наличие у них только двух возможных состояний: например, на дневном свете чернил не видно, а надпись появляется каждый раз при облучении листа ультрафиолетом. При этом в случае, например, химического или термического проявления, невозможно вернуть начальное состояние. Поэтому, чтобы никто посторонний потом не прочитал написанное невидимыми чернилами письмо, после прочтения его лучше сразу порвать или сжечь.

В своей новой работе группа китайских ученых предлагает использовать для симпатических чернил двухстадийную активацию. В качестве основного компонента таких чернил химики использовали металл-органические каркасы на основе свинца — органо-неорганические кристаллы с повышенной пористостью. В такой кристаллической матрице можно с помощью метиламмонийбромида получить люминесцирующие перовскитные нанокристаллы, которые излучают видимый свет и становятся видны при облучении их ультрафиолетом. При этом при взаимодействии с метиловым спиртом перовскитный материал превращается обратно в бесцветный неизлучающий металл-органический каркас.

Таким образом, если добавить такой материал в жидкую среду, то можно получить симпатические чернила с двухстадийной обратимой активацией. В качестве жидкого компонента чернил ученые использовали смесь диметилсульфоксида, этилового спирта и этиленгликоля. Такую смесь можно потом использовать в качестве чернил для обыкновенного струйного принтера и печатать им на пергаментной бумаге.

Предложенные чернила позволяют печатать достаточно детальные изображения. Так, кроме надписи на китайском языке, ученые смогли напечатать такими чернилами штрих-код, абзац англоязычного текста и изображение бабочки. Все эти изображения проявлялись после активации при облучении ультрафиолетом и исчезали после дезактивации. 

Для проверки обратимости, ученые провели циклический тест, в течение которого несколько раз сначала активировали чернила химически, а потом дезактивировали. Оказалось, что за 20 таких циклов интенсивность фотолюминесценции в активной фазе не падала, а излучение в пассивной фазе возросло с нуля лишь на пару процентов.

Основной недостаток предложенного состава чернил — то, что они содержат в своей структуре свинец, который является токсичным веществом и может попасть в организм, поэтому сейчас ученые находятся в поиске нетоксичного заменителя для свинца.

«Исчезающие» чернила существуют и в других областях — например, они используются при аддитивном производстве. Делать невидимой 3D-печать пока не научились, однако уже сейчас предложены способы стираемой печати. Для это используются чернила, состоящие из материалов, растворимых при определенных условиях.

Александр Дубов