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Materiali termocromici

  |   Chimica, Chimica Generale, Chimica Organica

I materiali termocromici sono specie che variano in modo reversibile le loro proprietà ottiche in funzione della temperatura. Pertanto i materiali termocromici a una certa temperatura detta critica danno luogo a una variazione della struttura cristallina.

Esistono due tipi principali di materiali ampiamente utilizzati per produrre effetti termocromici. Essi sono i cristalli liquidi e i coloranti organici noti come coloranti leuco.

Cristalli liquidi

Alcuni cristalli liquidi esibiscono colori diversi a temperature diverse. Questa variazione di colore dipende dalla riflessione selettiva di determinate lunghezze d’onda da parte della struttura cristallina del materiale. Infatti varia tra la fase cristallina a bassa temperatura, attraverso una mesofase anisotropa, alla fase liquida isotropa ad alta temperatura. Solo la mesofase ha proprietà termocromiche e ciò limita l’intervallo di temperatura del materiale.

Essi assumono colorazioni che vanno dal rosso al verde e blu. La colorazione è dovuta al cambiamento di fase ciascuna delle quali interagisce con la luce incidente in modo diverso. Ciò consente di vedere un colore diverso in ogni fase. I colori sono iridescenti ovvero possono essere visualizzati da diverse angolazioni

Coloranti leuco

Un colorante leuco dal greco λευκός (bianco) è un colorante che può avere due forme una delle quali è incolore. A differenza dei cristalli liquidi i coloranti leuco termocromici possono essere miscelati in vari modi. Si ottengono così variazioni di colore colore in un’ampia gamma di temperature.

Sono costituiti da:

  • responsabile del colore spesso un estere ciclico
  • sviluppatore del colore spesso un acido debole che è responsabile della variazione di colore
  • solvente generalmente etanolo o etere etilico il cui punto di fusione influenza la temperatura a cui avviene la transizione

Per applicazioni specifiche si può così progettare un colorante leuco al fine di ottenere una determinata temperatura di transizione

Biossido di vanadio

Molte sostanze inorganiche sono termocromiche.

Quella maggiormente studiata è il biossido di vanadio VO2 che esiste in sei strutture cristallografiche. Una di queste forme allotropiche è caratterizzata da una transizione termocromica, associata a un cambiamento strutturale reversibile del primo ordine da monoclino a tetragonale alla temperatura di 68 °C

Al di sopra di questa temperatura la struttura riflette i raggi I.R.

Pertanto è utilizzato come rivestimento per finestre per bloccare la trasmissione di raggi infrarossi e ridurre la perdita di calore all’interno dell’edificio attraverso le finestre

Usi

I materiali termocromici sono utilizzati come indicatori di temperatura in molti settori industriali. Essi consentono di:

  • determinare la variazione di temperatura e il calore di reazione
  • misurare la distribuzione della temperatura di apparecchi di riscaldamento chimici come scambiatori di calore e reattori
  • indicare la variazione di temperatura in contenitori per prodotti chimici

Ad esempio, l’aggiunta di questi materiali a un estrusore di plastica nel processo di alimentazione sono utili per giudicare se la temperatura di alimentazione soddisfa i requisiti di lavorazione. Allo stesso tempo un’ampia varietà di vernici termosensibili può essere utilizzata per l’indicazione e il monitoraggio e  della temperatura nella produzione industriale.

 

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