Кіріспе

Хромизм – химияда қосылыстардың түстерінде жиі қайтымды болатын өзгерістерді тудыратын процесс. Көп жағдайда хромизм молекулалардың электрондық күйлерінің өзгеруіне негізделеді, әсіресе π немесе d электрондық күйіне, сондықтан бұл құбылыс заттың электрондық тығыздығын өзгерте алатын әртүрлі сыртқы ынталандырулармен шақырылады. Хромизмге ие көптеген табиғи қосылыстар бар екені белгілі, сондай-ақ, осы уақытқа дейін нақты хромизм қасиеттеріне ие көптеген жасанды қосылыстар синтезделген. Бұл әдетте хромотропизммен синоним болып табылады, яғни заттың түсінің (қайтымды) өзгеруі, оның қоршаған ортаның физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты, мысалы температура мен қысым, жарық, еріткіш, иондар мен электрондардың болуы. Хромизм қолданылатын стимулдардың түріне қарай жіктеледі. Хромизмнің негізгі түрлерінің мысалдары төменде келтірілген. Термохромизм – жылу, яғни температураның өзгеруі арқылы шақырылатын хромизм. Бұл ең көп таралған хромизм түрі. Фотохромизм – жарық сәулеленуі арқылы шақырылады. Бұл құбылыс екі түрлі молекулалық құрылымның изомерленуіне, кристалдардағы жарық әсерінен түс орталықтарының пайда болуына, шыныдағы металл бөлшектерінің тұнуына немесе басқа да механизмдерге негізделген. Электрохромизм – электрондардың қосылуы мен жоғалуы арқылы шақырылады. Бұл құбылыс металл иондары немесе органикалық радикалдар сияқты тотығу-тотықсыздану реакцияларына қабілетті орталықтары бар қосылыстарда жүзеге асады. Солватохромизм – еріткіштің полярлығына байланысты. Көптеген сольватохромды қосылыстар металл кешендері болып табылады. Тағы да көптеген хромизм түрлері бар, олар төменде тізімделген.
Жоғарыда сипатталған хромизмдердің нәтижесі хромистік материалдың сіңіру спектрлерінің өзгеруі арқылы байқалады. Көбірек маңызға ие болатын хромизмдердің тобы – олардың эмиссиялық спектрлерінде өзгерістерді көрсететін түрлері. Сондықтан оларды флюорохромизмдер деп атайды, мысалы, сольватофлюорохромизм, электрофлюорохромизм және механофлюорохромизм.

Коммерциялық қолдану

Түсті өзгерту материалдары бірнеше кең таралған салаларда, сондай-ақ жаңа салалардың саны артып келеді. Коммерциялық қолданыстары: фотохромика – офтальмологияда, сән/косметикада, қауіпсіздік мақсатында, сенсорларда, оптикалық жадта және оптикалық коммутаторларда; термохромика – бояуларда, сыяларда, пластикте және маталарда индикаторлар/сенсорлар ретінде, сондай-ақ сәулет саласында; ионохромика – көшірме қағаздарында, тікелей термиялық басып шығаруда және мата сенсорларында; электрохромика – автомобильдердің айналарында, смарт-терезелерде, икемді құрылғыларда және күннен қорғануда; сольватохромика – биологиялық зондтар мен сенсорларда; газохромика – терезелерде және газ сенсорларында қолданылады.

Жарық түсіру

Энергияның сіңірілуі, содан кейін жарық шығару көбінесе люминесценция терминімен сипатталады. Қолданылатын нақты термин, түс өзгерту құбылысындағыдай, люминесценцияға жауапты энергия көзіне байланысты болады. Электрлік – электролюминесценция, гальванолюминесценция, сонолюминесценция. Фотондар (жарық) – фотолюминесценция, флуоресценция, фосфоресценция, биофлуоресценция. Химиялық – химилюминесценция, биолюминесценция, электрохимиялық люминесценция. Термиялық – термолюминесценция, пиролюминесценция, кандололюминесценция. Электрондық сәуле – католюминесценция, анолюминесценция, радиолюминесценция. Механикалық – триболюминесценция, фрактолюминесценция, механолюминесценция, кристаллюминесценция, лиолюминесценция, эластиколюминесценция. Бұл құбылыстардың көптегені тұтыну тауарларында және басқа да маңызды салаларда кеңінен қолданылады. Катодтық сәуле түтікшелерінде католюминесценция, флуоресценттік жарықтандыруда және плазмалық дисплейлерде фотолюминесценция, қауіпсіздік белгілерінде және төмен энергиялы жарықтандыруда фосфоресценция, пигменттерде, бояуларда, оптикалық ағартушыларда, қауіпсіздік киімдерінде, биологиялық және медициналық талдаулар мен диагностикада флуоресценция, талдауларда, диагностикада және сенсорларда химилюминесценция және биолюминесценция, ал жарықдиодтарда (LED/OLED), дисплейлерде және панельдік жарықтандырудың дамитын салаларында электролюминесценция қолданылады. Кванттық нүктелер және металл нанобөлшектер саласында маңызды жаңа жетістіктерге қол жеткізілуде.

Жарық және энергияның берілуі

Жарық пен энергияны сіңіру (немесе түрлендіру) электромагниттік энергияны, әдетте лазерлік жарық көзі түрінде, энергияның басқа түріне – мысалы, жылуға немесе электрге – айналдыра алатын түсті молекулаларды қамтиды. Бұл лазерлік сәулемен басқарылатын бояғыштар, сондай-ақ жақын инфрақызыл сәулелерді сіңіретін заттар деп аталады, олар жылу энергиясын түрлендіруде, химиялық реакцияларды фотосезіктендіруде және жарықты таңдап сіңіруде қолданылады. Олардың қолданылу салаларына оптикалық деректерді сақтау, органикалық фотоөткізгіштер ретінде пайдалану, фотомедицинада сезіктендіргіштер ретінде қолдану, мысалы, фотодинамикалық терапия және фототермиялық терапия арқылы қатерлі ісіктерді емдеу, фотодиагностика және фототераностика, сондай-ақ микроорганизмдерді, қанды және жәндіктерді фотоинактивациялау жатады. Хромолық материалдардың/хромофорлардың табиғи күн сәулесін сіңіруі күн батареяларында электр энергиясын өндіру үшін қолданылады, мұнда органикалық емес фотоэлектрлік құрылғылар, органикалық материалдар (органикалық фотоэлектрлік құрылғылар) және бояуға сезімтал күн батареялары (DSSC) пайдаланылады, сондай-ақ жасанды фотосинтез арқылы пайдалы химиялық заттар өндіріледі. Дамып келе жатқан сала – жарықты кинетикалық энергияға түрлендіру, бұл көбінесе «жарықпен басқарылатын молекулалық машиналар» деген жалпы атаумен сипатталады.

Жарықпен манипуляциялау

Материалдар түрлі механизмдер арқылы жарықты басқаруға және манипуляциялауға, түстерге байланысты пайдалы эффекттерді тудыруға қолданылуы мүмкін. Мысалы, сұйық кристалды дисплейлердегідей визуальды эффектті жасау үшін молекулалардың бағдарын өзгерту. Басқа материалдар физикалық эффект арқылы, интерференция және дифракция арқылы жұмыс істейді, мысалы, жылтыр пигменттер мен оптикалық өзгермелі пигменттерде, коллоидты фотондық кристалдарда және голографияда. Көбінесе шабыт көзі Табиғаттан келеді, биошабытталған құрылымдық түстер түрінде. Молекулалық материалдар жарықтың қарқындылығын арттыру үшін, оның материалдар арқылы қозғалысын электрлік әдістермен өзгерту арқылы, осылайша қарқындылығын жоғарылату үшін де қолданылады, мысалы, органикалық лазерлерде, немесе материалдар арқылы жарық беруді өзгерту үшін, оптоэлектроникада, немесе таза оптикалық тәсілдермен, мысалы, оптикалық лимиттерде.