Was ist Photochromie?
Photochromie ist eine reversible Farbänderung, insbesondere ein Prozess, der eine Farbänderung in Gegenwart von ultraviolettem (UV), sichtbarem und infrarotem (IR) Licht beschreibt. Dieses Phänomen tritt häufig bei Übergangslinsen auf, bei denen es sich um Brillengläser handelt, die bei Sonnenlicht im Freien dunkel werden und bei Innenlicht klar werden. Eine photochrome Substanz zeigt eine Farbänderung bei Vorhandensein bestimmter Arten von Licht, beispielsweise des UV-Sonnenlichts, das Übergangslinsen aktiviert. Das Phänomen tritt aufgrund der Absorptionseigenschaften von molekularem Material als Reaktion auf Wellenlängenstrahlung auf. Verschiedene Materialien können mit ihren eigenen charakteristischen Transmissionsspektren reagieren, die sich in Gegenwart von Lichtschwankungen transformieren.
Ein genaues Verständnis des Phänomens fand der deutsch-jüdische Organische Chemiker Dr. Willi Marckwald (1864–1950), der 1899 ebenfalls Willy Markwald hieß und die Phototropie bis in die 1950er Jahre bezeichnete. Ihm wird auch die Entdeckung von Radium F, einem Isotop des Poloniums von Pierre und Marie Curie, während seiner Amtszeit an der Universität Berlin zugeschrieben. Obwohl das photochrome Phänomen bereits 1867 von anderen beobachtet worden war, bestimmte Marckwald es tatsächlich in seiner Untersuchung des Verhaltens von Benzo-1-naphthyrodin und Tetrachlor-1,2-ketonaphthalenon unter Licht.
Einfach ausgedrückt, wandelt sich eine dem Licht ausgesetzte chemische Verbindung in eine andere chemische Verbindung um. In Abwesenheit von Licht wandelt es sich zurück in die ursprüngliche Verbindung. Diese werden als Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen bezeichnet.
Farbverschiebungen können in organischen und künstlichen Verbindungen auftreten und auch in der Natur stattfinden. Die Reversibilität ist ein Schlüsselkriterium bei der Benennung dieses Prozesses, obwohl irreversible Photochromie auftreten kann, wenn Materialien unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung eine permanente Farbänderung erfahren. Dies fällt jedoch unter den Schirm der Photochemie.
Zahlreiche photochrome Moleküle werden in mehrere Klassen eingeteilt. Dies können unter anderem Spiropyrane, Diarylethene und photochrome Chinone sein. Anorganische Photochrome können Silber, Silberchlorid und Zinkhalogenide einschließen. Silberchlorid ist die Verbindung, die typischerweise bei der Herstellung von photochromen Linsen verwendet wird.
Andere Anwendungen der Photochromie finden sich in der supra-molaren Chemie, um molekulare Übergänge durch Beobachtung charakteristischer photochromer Verschiebungen anzuzeigen. Dreidimensionale optische Datenspeicherung verwendet Photochromismus, um Speicherplatten zu erzeugen, die ein Terabyte Daten oder im wesentlichen 1000 Gigabyte aufnehmen können. Viele Produkte verwenden diese Änderung, um attraktive Funktionen für Spielzeug, Textilien und Kosmetika zu erstellen.
Die Beobachtung von photochromen Banden in bestimmten Bereichen des Lichtspektrums ermöglicht die zerstörungsfreie Überwachung lichtbezogener Prozesse und Übergänge. Die Nanotechnologie setzt bei der Herstellung von Dünnfilmen auf Photochromie. Der Effekt kann mit den Farbreaktionen auf der Oberfläche eines Films korrelieren, der in einer beliebigen Anzahl von optischen oder Material-Dünnfilmanwendungen verwendet werden kann. Zu den Anwendungen zählen beispielsweise die Herstellung von Halbleitern, Filtern und anderen technischen Oberflächenbehandlungen.
Normalerweise basieren photochrome Systeme auf unimolekularen Reaktionen zwischen zwei Zuständen mit deutlich unterschiedlichen Absorptionsspektren. Der Prozess ist oft eine reversible Verschiebung von Wärmestrahlung oder Wärme sowie sichtbarem spektralem Licht. Das Anwenden dieses Phänomens auf Verbraucherprodukte sowie auf industrielle Technologien beinhaltet das Verknüpfen dieser natürlichen molekularen Änderungen mit erwünschten Lichtdurchlässigkeiten und Absorptionen für eine Vielzahl erwünschter Effekte. Das Energieband-Engineering von Produkten und Technologien wird durch diese farbempfindlichen Modifikationen zwischen Licht, Materialien und Elementen erheblich verbessert.