Если не мучить читателя интригой, то можно начать так: весь секрет «колец настроения» заключается в использовании термохромных чернил. А теперь придется разбираться в том, что они из себя представляют. Стоит начать с того, что они делятся на два типа: термохромные жидкие кристаллы и лейкокрасители.
Термохромные жидкие кристаллы – это такие кристаллы, которые имеют свойства, как у жидкости, но при ближнем рассмотрении, в них можно увидеть упорядоченную структуру, как у кристалла.
Свойством термохромии (изменения цвета в зависимости от температуры) термохромные кристаллы обладают, так как в зависимости от того, при какой температуре они находятся, по-разному поглощают свет. При низкой температуре поглощается весь падающий на чернила свет, поэтому мы видим их черными. При повышении температуры энергия атомов и расстояние между ними увеличивается, и им уже не поглотить всю энергию, которую переносит свет (подробнее про энергию атомов Вы можете прочитать в этой статье). Из-за этого помимо поглощения можно наблюдать отражение света. Чем выше температура, тем выше энергия атомов, тем меньше энергии им нужно поглотить, а следовательно, тем больше света отразится. Таким образом, термохромные жидкие кристаллы могут менять свою окраску от сине-фиолетового до светло-желтого. Именно такая жидкость и используется в известных «кольцах настроения» (см. рисунок 1).
Используя термохромные жидкие кристаллы, можно довольно точно определить температуру, но только в пределах от -30 до 90˚С, так как за этими пределами жидкие кристаллы переходят в другое состояние, в котором уже не обладают термохромными свойствами. На этой основе в некоторых местах создают и применяют термометры, так как они, как уже было сказано, получаются довольно точными, и что самое главное – наглядными. Однако стоит отметить, что термохромные чернила теряют свои свойства под воздействием ультрафиолета, воды и химикатов. Более выгодным в этом плане является использование лейкокрасителей, так как они являются более стойкими к этим факторам.
Лейкокрасители представляют из себя капсулированную жидкость. Размер капсул варьируется от 3-х до 5 микрон (один микрон – это одна миллионная метра). Внутри каждой капсулы находится смесь органической кислоты, красителя и реагента. При низкой температуре кислота и реагент находятся близко друг к другу, из-за чего они отражают свет определенного цвета (цвета красителя). При повышении температуры они перемешиваются, и при отражении жидкость становится прозрачной (то есть идет полное отражение света без поглощения).
Как пример, одна компания, которая продает кленовый сироп применяет лейкокрасители на банках со своей продукцией. При комнатной температуре на этикетке можно увидеть картинку микроволновой печи определенного цвета, но стоит эту банку нагреть, как картинка становится прозрачной, и вместо микроволновки можно будет увидеть надпись «горячо». При производстве банки, на эту надпись был нанесен слой лейкокрасителя, поэтому ее можно увидеть только когда он станет прозрачным.
В качестве еще одного примера можно привести технологию, показанную на рисунке 2, когда при комнатной температуре банка имеет один цвет, но при охлаждении меняет его на синий. После повторного нагрева не весь лейкокраситель становится прозрачным, создавая на банке определенный рисунок.
Таким образом, использование термохромных чернил получило большую популярность в разных сферах, от термометров, применяемых в лабораториях до специальных красок для автомобилей или украшений для продукции определенных компаний. Однако для каждого конкретного случая, состав термохромных чернил подбирают методом проб и ошибок, поэтому постоянного рецепта для их приготовления не существует. Но кто знает, может быть в будущем термохромным чернилам будет найдено большее количество применений.
АВТОР СТАТЬИ:
Денис Прокофьев - студент Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого