Academic literature on the topic 'Mechanochromism'

A class of AIEE-active mechanochromic boron-difluorides were reported, and the mechanochromism was ascribed to the transition between H(J)-aggregation with loose molecular packing and J-aggregation with intense intermolecular interactions.

Mechanophores are molecules that undergo productive, covalent chemical transformations in response to mechanical force. Over the last decade, a variety of mechanochromic mechanophores have been developed that enable the direct visualization of stress in polymers and polymeric materials through changes in color and chemiluminescence. The recent introduction of mechanochemically gated photoswitching extends the repertoire of polymer mechanochromism by decoupling the mechanical activation from the visible response, enabling the mechanical history of polymers to be recorded and read on-demand using light. Here, we discuss advances in mechanochromic mechanophores and present our design of a cyclopentadiene–maleimide Diels–Alder adduct that undergoes a force-induced retro-[4+2] cycloaddition reaction to reveal a latent diarylethene photoswitch. Following mechanical activation, UV light converts the colorless diarylethene molecule into the colored isomer via a 6π-electrocyclic ring-closing reaction. Mechanically gated photoswitching expands on the fruitful developments in mechanochromic polymers and provides a promising platform for further innovation in materials applications including stress sensing, patterning, and information storage.1 Introduction to Polymer Mechanochemistry2 Mechanochromic Reactions for Stress Sensing3 Regiochemical Effects on Mechanophore Activation4 Mechanochemically Gated Photoswitching5 Conclusions

Mechanochromic materials have recently received tremendous attention because of their potential applications in humanoid robots, smart windows, strain sensors, anti-counterfeit tags, etc. However, improvements in device design are highly desired for practical implementation in a broader working environment with a high stability. In this article, a novel and robust mechanochromism was designed and fabricated via a facile method. Silica nanoparticles (NPs) that serve as a trigger of color switch were embedded in elastomer to form a bi-layer hybrid film. Upon stretching under ambient conditions, the hybrid film can change color as well as transparency. Furthermore, it demonstrates excellent reversibility and reproducibility and is promising for widespread application.

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2005.
Includes bibliographical references (leaves 105-109).
The mission of the ISN is to explore the long-range vision of the role of nanotechnology in the future of soldier protection. Unprecedented survivability will arise from the cohesive and comprehensive coordination of the functions and interactions of each technology. The present work approaches these objectives with basic research to support the development of two multifunctional soldier survivability systems, pumping microfibers and mechanochromic pixels. Progress was made along the two major paths of investigation towards the realization of a pumping microfiber. Polypyrrole was chemically deposited onto copolyetherester. Tubular polypyrrole actuators at the millimeter scale were electrochemically fabricated and actuated. Mechanochromic polymers can be combined with actuating polymers to create a color changing pixel. Reflectance spectrum changes with strain in mechanochromic materials were characterized. Several pixel designs were analyzed and tested in which the polymer actuator polypyrrole induces deformation of the mechanochromic block copolymer. Integrative studies inform the overall systems architecture of the far future battlesuit. Scoping calculations to investigate battlesuit functionality requirements were performed.
(cont.) The multiscale, multifunctional design solutions employed in the human body and the US Army and were studied, and the Dynamic Systems Integration Map was developed to apply the lessons learned to coordinate and leverage the many emerging survivability technologies.
by Melinda Joy Cromie.
S.M.

付記する学位プログラム名: 充実した健康長寿社会を築く総合医療開発リーダー育成プログラム
Kyoto University (京都大学)
0048
新制・課程博士
博士(工学)
甲第21793号
工博第4610号
新制||工||1718(附属図書館)
京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻
(主査)教授 田中 一生, 教授 秋吉 一成, 教授 大内 誠
学位規則第4条第1項該当

Depuis quelques années, les matériaux luminescents mécanochromiques présentant un changement réversible de leur longueur d'onde d'émission en réponse à un stimulus mécanique externe, suscitent un grand intérêt en raison de leurs applications potentielles pour les mémoires optiques ou les capteurs de pression par exemple. En effet, au cours des cinq dernières années, le nombre de composés luminescents sensibles à la pression rapportés dans la littérature a explosé avec des exemples basés principalement sur des molécules organiques. Comparativement, l’étude de complexes de métaux de transition reste relativement limitée et sont majoritairement des complexes d'or et de platine. Les travaux de recherches menés concernent l’étude des propriétés de mécanochromisme de luminescence de clusters moléculaires d'iodure de cuivre. Après broyage mécanique, leurs propriétés de photoémission sont grandement modifiées. De plus, ces composés ont la particularité de présenter à la fois des propriétés de mécanochromisme et de thermochromisme de luminescence
In the last years, mechanochromic luminescent materials which exhibit reversible modification of the emission wavelength in response to external mechanical stimuli have attracted great attention because of their potential applications in optical memory devices, pressure sensing systems, for instance. Indeed, due to their promising development, the number of reported pressure sensitive luminescent compounds has exploded in the five last years with examples based mainly on organic dyes. Examples of transition-metal complexes are comparatively limited and essentially based on gold and platinum metals. The developed research concern the study of the mechanochromic luminescent properties of molecular copper iodide clusters. Upon mechanical grinding, their photoemission properties are greatly modified. These compounds have the particularity of exhibiting both mechanochromic and thermochromic luminescence properties

Nous proposons de développer une méthodologie théorique pour étudier l’influence de stimuli externes sur les cristaux organiques. On s’intéresse en particulier au mécanochromisme, aggregation-induced emission, et le transfet des protons. Ces phénomènes, récemment observés expérimentalement, sont encore mal compris et il n’existe pas à l’heure actuelle de méthodologie bien définie pour les comprendre. Cette thèse développera les outils de modélisation des couplages des propriétés optiques aux phénomènes d’aggregation, réactivité et de déformation á l'etat solide
To develop a theoretical methodology to study the influence of external stimuli on fluorescent crystals. We are particularly interested in excited state reactivity, aggregation-enhanced fluorescence and responses to mechanical stimuli. Such phenomena are often not yet understood at a molecular level, a problem exacerbated by the absence of adequate and cost-efficient computational models. This thesis counters this problem by developing a method capable of describing the solid state environment in the context of excited-state calculations at the quantum level

Les matériaux luminescents dont les propriétés sont modifiables sous l’effet de stimuli externes, présentent des applications potentielles en tant que systèmes de détection. Cette thèse a porté sur l’étude de clusters moléculaires d’iodure du cuivre (I) coordinés par des ligands phosphines, présentant des propriétés de mécanochromisme de luminescence. Ces composés se caractérisent par un changement de leur longueur d’onde d’émission en réponse à une sollicitation mécanique. Ainsi, au cours de cette thèse, de nouveaux clusters ont été synthétisés et caractérisés. L’établissement de relations structure-propriétés a permis d’étudier les mécanismes à l’origine de leurs propriétés mécanochromiques. Les principales techniques de caractérisation employées sont la RMN solide, la diffraction des rayons X, les spectroscopies Infrarouge et Raman. Des calculs DFT (Density functional theory) ont également été menés et ont permis de rationaliser les différents résultats obtenus et en particulier les propriétés optiques observées. En plus des propriétés de mécanochromisme, ces composés ont la particularité de présenter des propriétés de thermochromisme de luminescence. Des propriétés d’émission induite par agrégation (AIE) ont été aussi mises en évidence pour ces clusters. Afin d’obtenir des clusters présentant une émission multiple, des ligands portant de groupements luminescents ont également été étudiés
Materials exhibiting luminescence stimuli-responsive properties, present potential applications as detection systems. This thesis concerns the study of copper (I) iodide molecular clusters coordinated by phosphine ligands, which exhibit mechanochromic luminescence properties. These compounds are characterized by a change of their emission wavelength in response to mechanical stress. In this thesis, new clusters were synthesized and characterized. The establishment of structureproperties relationships permit to study the mechanisms responsible for their mechanochromic properties. The main characterization techniques used are solid-state NMR, X-ray diffraction, Infrared and Raman spectroscopies. DFT (Density functional theory) calculations were also carried out to rationalize the different results and in particular the optical properties. In addition to the mechanochromic properties, these compounds have the particularity of exhibiting thermochromic luminescence properties. Aggregation-induced emission (AIE) properties were also demonstrated for these clusters. In order to obtain clusters exhibiting multiple emission, ligands having luminescent groups were also studied

Els sensors nanomecànics han estat reportats històricament com una eina atractiva per a la biodetecció degut a la seva alta sensibilitat, alt rendiment i alta integració. La majoria dels sensors nanomecànics s’han fabricat amb tecnologia basada en silici, podent integrar milers de sensors en un sol xip. No obstant això, el desenvolupament d’aquest tipus de sistemes implica no només la fabricació de matrius de transductors mecànics, que actualment és un procés molt establert i de baix cost, sinó també l’implementació d’un sistema de lectura per llegir independentment la resposta de cada transductor. Aquesta tesi doctoral es va centrar en el desenvolupament d’un nou enfocament per a la detecció de la resposta mecànica d’una matriu de sensors mecànics mitjançant l’ús d’instrumentació senzilla. Aquest enfocament consisteix en el desenvolupament de sensors mecànics (microcantilevers i micromembranes) amb resposta mecanocròmica, és a dir, sensors mecànics que canvien el seu color intrínsecament davant l’estimulació mecànica. El desenvolupament de sensors basats en MEMS amb resposta mecanocrómica és el resultat d’una combinació efectiva de la coloració estructural produïda per xarxes de difracció o cristalls fotònics, amb el rendiment dels transductors mecànics. Els sensors mecànics amb una nanoestructura periòdica disposada en una cara del sensor, es van fabricar i caracteritzar. El color mostrat pels sensors canvia intrínsecament per l’acció d’un estímul mecànic extern (càrrega de pressió o tensió superficial) quan el transductor es deforma, i el canvi de color es recollit per un LED i una càmera RGB de baix cost. Per dur a terme aquest desenvolupament, es realitza un estudi teòric de la física de coloració estructural i de models matemàtics que descriuen el principi de funcionament del dispositiu mecanocròmic. Amb aquests elements bàsics, els materials mecanocròmics basats en dos tipus d’estructures fotòniques, xarxes de difracció 1D i acoblaments col·loïdals, són fabricats i caracteritzats per espectrometria UV-Visible, identificant els principals contribuents del canvi de color (variacions en el període de la nanoestructura i canvis en l’angle d’il·luminació de punt de vista). Aquests materials a continuació són integrats a matrius de sensors mecànics colorimètrics per ser caracteritzats per mitjà de tensió biaxial. Es fabrica, caracteritza i avalua una matriu de sensors de pressió colorimètrics basats en membranes flexibles nanoestructurades i suspeses, lliures de marcatges i d’alimentació d’energia orientat a les aplicacions optofluídiques multiplexades. La plataforma mostra una sensibilitat de 0.17 kPa-1 en la detecció de pressions pneumàtiques baixes o de fluids (en un rang entre -1 i 1 kPa) i es demostra l’idoneïtat del mètode de detecció colorimètric mesurant el canvi de color de les membranes que mostren una sensibilitat de 117 nm \/ kPa. Finalment, es realitza un estudi teòric d’un sensor nanomecrònic colorimètric de tensió superficial basat en cantilevers i es demostra la seva utilitat a la detecció de canvis conformacionals moleculars fotoinduïts. D’aquesta manera, el mètode de detecció és capaç de detectar canvis de 1° en l’escala de to (HSV), o 0.75 nm de longitud d’ona en el rang visible (400 nm a 650 nm). El desenvolupament de sensors basats en MEMS amb resposta mecanocròmica es presenta com una eina útil que compleix amb els requisits per al desenvolupament d’un dispositiu de punt d’atenció.
Los sensores nanomecánicos han sido reportados históricamente como una herramienta atractiva para la biodetección debido a su alta sensibilidad, alto rendimiento y alta integración. La mayoría de los sensores nanomecánicos se han fabricado con tecnología basada en silicio, pudiendo integrar miles de sensores en un solo chip. Sin embargo, el desarrollo de este tipo de sistemas implica no solo la fabricación de matrices de transductores mecánicos, que actualmente es un proceso muy establecido y de bajo costo, sino también la implementación de un sistema de lectura para leer independientemente la respuesta de cada transductor. Esta tesis doctoral se centró en el desarrollo de un nuevo enfoque para la detección de la respuesta mecánica de una matriz de sensores mecánicos mediante el uso de instrumentación sencilla. Este enfoque consiste en el desarrollo de sensores mecánicos (microcantilevers y micromembranas) con respuesta mecanocrómica, es decir, sensores mecánicos que cambian su color intrínsecamente ante estimulación mecánica. El desarrollo de sensores basados en MEMS con respuesta mecanocrómica es el resultado de una combinación efectiva de la coloración estructural producida por redes de difracción o cristales fotónicos, con el rendimiento de los transductores mecánicos. Los sensores mecánicos con una nanoestructura periódica dispuesta en una cara del sensor, son fabricados y caracterizados. El color mostrado por los sensores cambia intrínsecamente por la acción de un estímulo mecánico externo (carga de presión o tensión superficial) cuando el transductor se deforma, siendo el cambio de color recogido por el uso de un LED y una cámara RGB de bajo costo. Para llevar a cabo este desarrollo, se realiza un estudio teórico de la física de coloración estructural y de modelos matemáticos que describen el principio de funcionamiento del dispositivo mecanocrómico. Con estos elementos básicos, los materiales mecanocrómicos basados en dos tipos de estructuras fotónicas, redes de difracción 1D y ensamblajes coloidales, son fabricados y caracterizados por espectrometría UV-Visible, identificando los principales contribuyentes del cambio de color (variaciones en el período de la nanoestructura y cambios en el ángulo de iluminación de punto de vista). Estos materiales a continuación son integrados a matrices de sensores mecánicos colorimétricos para ser caracterizados por medio de tensión biaxial. Se fabrica, caracteriza y evalúa una matriz de sensores de presión colorimétricos basados en membranas flexibles nanoestructuradas y suspendidas, libres de marcajes y de alimentación de energía orientado a las aplicaciones optofluídicas multiplexadas. La plataforma muestra una sensibilidad de 0.17 kPa-1 en la detección de presiones neumáticas bajas o de fluidos (en un rango entre -1 y 1 kPa) y se demuestra la idoneidad del método de detección colorimétrico midiendo el cambio de color de las membranas que muestran una sensibilidad de 117 nmkPa-1. Finalmente, se realiza un estudio teórico de un sensor nanomecánico colorimétrico de tensión superficial basado en cantilevers y se demuestra su desempeño en la detección de cambios conformacionales moleculares fotoinducidos. De esta manera, el método de detección es capaz de detectar cambios de 1o en la escala de tono (HSV), o 0.75 nm de longitud de onda en el rango visible (400 nm a 650 nm). El desarrollo de sensores basados en MEMS con respuesta mecanocrómica se presenta como una herramienta útil que cumple con los requisitos para el desarrollo de un dispositivo de punto de atención.
Nanomechanical sensors have been historically reported as an attractive tool for biodetecction due to its high sensitivity, high throughput, and high integration. Most of nanomechanical sensors have been fabricated using silicon based technology being able to integrate thousands of sensors in a single chip. However, the development of this kind of systems involves not only the fabrication of arrays of mechanical transducers, which is currently a well-established and low-cost process, but also the implementation of a read-out system to independently read each transducer response. This Doctoral Thesis focused on the development of a new approach for the detection of the mechanical response of an array of mechanical sensors by using simple instrumentation. This approach consists in the development of mechanical sensors (microcantilevers and micromembranes) with mechanochromic response, i.e. mechanical sensors with an intrinsic tunable colour under mechanical stimulation. The development of sensors based in MEMS with mechanochromic response is a result of an effective combination of the structural coloration produce by diffraction gratings or photonic crystals, with the performance of mechanical transducers. Mechanical sensors with a periodical nanostructuration disposed on one face of the sensor, are fabricated and characterized. The colour displayed by the sensors change intrinsically by the action of an external mechanical stimulus (pressure load or surface stress) when the transducer deflects, being the colour change collected by the use of a LED and a low cost RGB camera. In order to carry out this development, a theoretical study of the physics of structural coloration and the mathematical models that describe the working principle of the mechanochromic device is performed. With these basics, the mechanochromic materials based on two types of photonic structures, linear 1D gratings and colloidal assemblies, are fabricated and characterized by UV-Visible spectrometry, finding the main contributors of colour change (variations in the nanostructure period and changes in the illumination and point of view angle). These materials are then integrated into arrays of coloured mechanical sensors and characterised under bi-axial strain. A label-free and power-free array of colour tunable pressure sensors based on flexible nanostructured suspended membranes is fabricated, characterized and evaluated for multiplexed optofluidics applications. The platform shows a sensitivity of 0.17 kPa^(-1) for the detection of low pneumatic or fluid pressures (in a range between -1 and 1 kPa) and the suitability of colorimetric detection method is demonstrated by measuring the membrane colour change with a sensitivity of 117 nm\/kPa. Finally, a theoretical study of a surface stress colorimetric nanomechanical sensor based in cantilevers is performed and demonstrated its performance for the detection of photo-induced molecular conformational changes. In this case, the detection method is able to detect changes of 1^o in the hue scale (HSV) or 0.75 nm for the visible band in wavelengths (400 nm to 650 nm). The development of sensors based in MEMS with mechanochromic response is presented as a useful tool that fulfils the requirements for the development of a point-of-care device, such as: high sensitivity, low-cost, high throughput, label-free, out of the shelf, disposable, multidetection, and also that does not require a sophisticated detection system.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouveaux systèmes moléculaires à base de phosphore : dans la première partie sont étudiés des dérivés π-conjugués du cycle phosphole et la seconde partie fait état d'assemblages supramoléculaires à ligands phosphines. Tout d'abord, une introduction à la chimie du phosphole (historique, méthodes de synthèse, insertion dans des systèmes π-conjugués) est présentée. Le premier chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de dérivés phospholes possédant un système π étendu afin de les utiliser en tant qu'émetteurs oranges-rouges dans des diodes électroluminescentes organiques (OLEDs). Différentes modifications chimiques de la triple liaison sont ensuite mises en place pour modifier les propriétés optiques des dérivés synthétisés en déplaçant leurs maximas d'absorption et/ou d'émission vers les plus grandes longueurs d'onde. Le chapitre II décrit la synthèse et l'étude de complexes utilisant une brique phosphole acétylénique comme connecteur conjugué entre deux centres métalliques. De nouveaux complexes de Fe(II), Pt(II) et d'Au(I) ont ainsi été développés et la communication électronique entre les métaux est étudiée. La deuxième partie de ces travaux de thèse commence avec un historique sur les complexes de Cu(I) luminescents, qu'ils soient mono- ou polynucléaires, qu'ils possèdent une structure de forme cubane ou autres. Dans le chapitre III, sont présentées les synthèses, les études structurales et optiques de nouveaux assemblages supramoléculaires émissifs à l'état solide synthétisés à partir de clips moléculaires de Cu(I) préassemblés et stabilisés par des ligands phosphines (dppm ou dpmp) avec des ligands connecteurs de type cyano CN-. Ensuite, le dernier chapitre utilise cette même stratégie de synthèse en utilisant des ligands connecteurs organiques à fonctions nitriles terminales et de nouveaux complexes de Cu(I) discrets ou étendus sont caractérisés. Tout au long de cette deuxième partie, les propriétés de luminescence des dérivés de Cu(I) sont étudiées en fonction de leur environnement extérieur et des phénomènes de thermochromisme, de vapochromisme et de mécanochromisme sont mis en évidence chez certains d'entre eux
This manuscript describes the synthesis and characterization of new molecular systems based on phosphorus atom: we developed and studied π-conjugated systems based on phosphole and secondly supramolecular assemblies with phosphine ligand have been studied. Firstly, an introduction to the phosphole chemistry (history, synthesis methods, integration into π-conjugated systems) is presented. The first chapter describes the synthesis and physico-chemical study of phospholes derivatives having an extended π-system for the development of orange-red emitters in organic light-emitting diodes (OLEDs). Different molecular engineering involving the triple bond leads to modifications of the optical properties of the synthesized compounds by red-shifting their absorption and/or emission maxima. Chapter II describes the synthesis and the physical properties of complexes using phosphole based π-systems as linkers between two metal centers. New Fe (II), Pt (II) and Au (I) complexes have been developed and the electronic communication between the two metals is studied. The second part of the thesis work starts with a review on the emissive Cu(I) complexes. In Chapter III, are presented the syntheses, the structural and optical studies of new solid-state emissive supramolecular assemblies synthesized from pre-assembled Cu(I) molecular clips and stabilized by phosphine ligands (dppm or dpmp) with cyano ligands as linkers. Then in the final chapter new Cu(I) complexes are synthesized by using organic ligands with terminal nitrile functions as linkers. The solid-state luminescence properties of these new Cu(I) derivatives are studied according to their external environment and thermochromism, vapochromism and mechanochromism phenomena have been demonstrated for some of them