천연 광물 핵마나이트는 색상을 거의 무기한으로 변경하여 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

천연 광물 핵마나이트는 색상을 거의 무기한으로 변경하여 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
날짜:
2022년 6월 21일
원천:
투르쿠 대학교
요약:
자연의 경이 소재인 핵마나이트를 조사하는 동안 연구원들은 다른 두 가지 광물과 함께 hackmanite가 마모되지 않고 반복적으로 UV 방사선에 노출되면 색상이 변할 수 있음을 발견했습니다. 그 결과 합성이 용이한 저가의 핵마나이트도 높은 내구성과 다양한 용도의 적용성으로 우수한 소재임을 알 수 있었다.

자연의 경이 소재인 핵마나이트를 조사하는 동안 연구원들은 다른 두 가지 광물과 함께 hackmanite가 마모되지 않고 반복적으로 UV 방사선에 노출되면 색상이 변할 수 있음을 발견했습니다. 그 결과 합성이 용이한 저가의 핵마나이트도 높은 내구성과 다양한 용도의 적용성으로 우수한 소재임을 알 수 있었다.

핀란드 Turku 대학의 연구 그룹은 거의 10년 동안 경이로운 재료 핵마나이트의 특성을 조사하고 개발해 왔습니다. 개인용 UV 모니터링 및 X선 이미징과 같은 응용 프로그램은 hackmanite의 색상 변경 능력을 기반으로 개발되었습니다.

Hackmanite는 UV 조사에 따라 색상이 흰색에서 보라색으로 바뀌고 UV가 없으면 결국 흰색으로 되돌아갑니다. 이러한 반복적인 변화를 가능하게 하는 구조적 특징은 지금까지 명확하지 않았다. 이제 3개의 천연 광물인 핵마나이트(hackmanite), 터그투파이트(tugtupite), 스캐폴라이트(scapolite)를 조사한 결과 연구자들이 그 해답을 찾았습니다.

조사된 변색광물은 천연 무기물이지만 방사선 노출로 인해 가역적으로 변색될 수 있는 유기화합물인 탄화수소도 있다. 그러나 이러한 탄화수소는 분자 구조가 분해되기 전에 단 몇 번만 색상을 변경할 수 있습니다. 색 변화는 구조의 급격한 변화를 수반하고 이러한 변화를 반복적으로 겪으면 결국 분자가 파괴되기 때문입니다.

"이 연구에서 우리는 실제로 색상 변화 과정과 관련된 구조적 변화가 있다는 것을 처음으로 발견했습니다. 색상이 변할 때 구조의 나트륨 원자는 평소 위치에서 상대적으로 멀리 이동했다가 다시 돌아옵니다. 이것은 구조적 호흡이라고 할 수 있으며 여러 번 반복해도 구조를 파괴하지 않습니다."라고 핀란드 Turku 대학 화학과의 Mika Lastusaari 교수는 말합니다.

연구원들은 흰색과 자주색 형태를 번갈아 가며 반복하는 핵마나이트의 능력을 입증했습니다.

Lastusaari 교수에 따르면 내구성은 제올라이트에서 발견되는 것과 유사한 이러한 광물의 강한 3차원 새장과 같은 전체 구조 때문이라고 합니다. 예를 들어 세제에서 케이지와 같은 구조는 제올라이트가 케이지의 기공 내부에 단단히 결합하여 물에서 마그네슘과 칼슘을 제거할 수 있도록 합니다.

"이러한 변색 광물에서 변색과 관련된 모든 과정은 나트륨과 염소 원자가 있는 제올라이트 케이지의 기공 내부에서 발생합니다. 즉, 케이지와 같은 구조는 케이지 자체를 유지하면서 케이지 내부에서 원자 운동을 허용합니다. 이것이 미네랄이 색상을 변경하고 사실상 무기한 원래 색상으로 되돌아갈 수 있는 이유입니다"라고 박사 연구원인 Sami Vuori가 설명합니다.

이전에는 scapolite가 hackmanite보다 훨씬 빠르게 색상이 변하는 반면 tugtupite는 훨씬 느린 것으로 알려져 있습니다.

"이 작업의 결과를 기반으로 우리는 색상 변화의 속도가 나트륨 원자가 이동하는 거리와 상관 관계가 있음을 발견했습니다. 이러한 관찰은 미래의 물질 개발에 중요합니다. 이제 우리는 호스트 구조에서 필요한 것이 무엇인지 알기 때문입니다. 색상 변경 속성을 제어하고 조정할 수 있습니다."라고 박사 연구원 Hannah Byron이 말했습니다.

"색이 변하는 광물에 대한 연구에 사용할 수 있는 특성화 방법이 없었기 때문에 자체적으로 새로운 방법을 개발했습니다. 그러나 실험 데이터만으로는 결과를 명확하게 해석하기 어렵습니다. 실제로 우리는 도달할 수 없었습니다. 실험 및 계산 데이터의 조합만이 전체 그림을 보여주기 때문에 이론적 계산의 강력한 지원 없이 현재의 결론. 불과 몇 년 전만 해도 불가능했을 그러한 세부 사항과 정확성이 있습니다."라고 Lastusaari가 반영합니다.

Hackmanite는 응용 프로그램에 대한 놀라운 잠재력을 가지고 있습니다.

Lastusaari가 이끄는 Turku 대학 화학과의 지능형 재료 연구 그룹은 특히 핵마나이트에서 빛 및 색상 관련 특성을 가진 재료에 대한 선구적인 연구를 오랫동안 수행해 왔습니다. 그들은 현재 LED 및 기타 전구를 천연 광물로 교체하고 이를 X선 영상에 사용하는 것과 같이 핵마나이트에 대한 수많은 응용 프로그램을 탐색하고 있습니다.

연구원들이 현재 탐구하고 있는 가장 흥미로운 방법 중 하나는 우주 비행 중 물질의 방사선량 흡수를 측정하는 데 사용되는 국제 우주 정거장용 핵마나이트 기반 선량계 및 수동 감지기입니다.

"핵마나이트 색상의 강도는 노출된 UV 방사선의 양에 따라 달라집니다. 이는 예를 들어 태양 복사의 UV 지수를 결정하는 데 재료를 사용할 수 있음을 의미합니다. 우주 정거장에서 테스트될 핵마나이트는 유사한 방식으로 사용되지만 이 속성은 일상적인 응용 프로그램에서도 사용할 수 있습니다. 예를 들어 우리는 이미 누구나 사용할 수 있는 UV 방사선 측정을 위한 휴대폰 응용 프로그램을 개발했습니다."라고 Sami Vuori가 설명합니다.