مُعقّدات بوليمر-مذيب عميق غير عطرية ذات فسفورية طويلة جداً في درجة حرارة الغرفة ودرجات حرارة مرتفعة

مواد متوهجة تواصل الإشعاع

تخيّل بلاستيكاً ليّناً يستمر في التوهج طويلاً بعد إطفاء مصدر الأشعة فوق البنفسجية، ويستمر في ذلك حتى عندما يكون حارّاً. تورد هذه الدراسة مثل هذه المواد المصنوعة من بوليمرات بسيطة غير عطرية ومخاليط سائلة خاصة، مقدِّمة خيارات جديدة للدهانات المتوهجة وأحبار الأمان وأجهزة الاستشعار دون الاعتماد على معادن أو جزيئات عطرية معقّدة.

لماذا يصعب تحقيق توهّج طويل الأمد

يمكن لكثير من المركبات العضوية أن تتوهّج، لكن المحافظة على هذا الضوء لفترة طويلة في درجة حرارة الغرفة تُعد تحدّياً. النوع المدروس هنا، المسمّى الفسفورية، يعتمد على حالات مُثارة حسّاسة بسهولة تُفقد الطاقة على شكل حرارة، خصوصاً عندما تتحرك الجزيئات أو عندما ترتفع درجة حرارة المادة. الإنجازات السابقة اعتمدت في الغالب على جزيئات عطرية صلبة وهندسة بلورية معقّدة لتقليل الحركة الجزيئية، لكن هذه الأنظمة غالباً ما تواجه صعوبة في التوفيق بين أطوال توهّج كبيرة وسطوع عالي والثبات عند درجات حرارة مرتفعة.

تحويل هلام ليّن إلى صلب قوي متوهّج طويل الأمد

انطلق الباحثون من هلام غني بالماء مكوّن من بولي أكرولاميد، وهو بوليمر غير عطري شائع يتوهّج ضعيفاً فقط. ثم استبدلوا الماء داخل الهلام بمذيب إيوتكتّي عميق، سائل لزج يتشكّل بخلط جزيئتين صغيرتين إحداهما تحتوي على البروم. بعد تبادل المذيبات هذا، أجروا «تلديناً رطباً» للمادة بتسخينها بلطف بينما المذيب لا يزال موجوداً. أفضت هذه المعالجة إلى تكوّن مُعقَّد بوليمر–مذيب يحتوي على نحو عُشر الوزن سائلاً فقط، ومع ذلك تصبح البنية أكثر كثافة وقوة وشفافية مع ارتفاع درجة حرارة التلدين.

كيف تُحجز الطاقة بقوة الروابط والبروم

داخل هذه المُعقَّدات، تشكّل سلاسل البوليمر ومكوّنات المذيب روابط هيدروجينية قوية، مما يُشدّ الشبكة ويقلّل حرية حركة السلاسل. تُظهر الميكروسكوبي، وانتثار الأشعة السينية، والطيف تحت الأحمر، والرنين المغناطيسي النووي منخفض الحقل أن المادة تتغيّر من شبكة مسامية ومرتبطة بشكل ضعيف إلى بنية أكثر إحكاماً وتراصّاً بطبقات تحتوي على مذيب مربوط بشكل قوي. على المستوى الجزيئي، تشير الحسابات إلى أن البروم في المذيب يزيد بشكل كبير من احتمال انتقال الجزيئات المُثارة إلى الحالة طويلة العمر المسؤولة عن الفسفورية، بينما تُبقي الروابط القوية هذه الحالات من التحلل السريع. ونتيجة لذلك، يُظهر أفضل عيّنة توهجاً مرئياً يستمر حتى 9.5 ثانية بعد إطفاء المصدر، وعمر فسفورية في درجة حرارة الغرفة يزيد عن 600 ملّي ثانية، ونسبة مُعادَة إصدار طاقة ممتصة إلى ضوء نسبياً عالية.

التوهّج حتى عند ارتفاع الحرارة

لافت للانتباه أن المُعقَّد المُحسّن يواصل التوهّج عند درجات حرارة مرتفعة. عند 120 °م، لا يزال يظهر توهجاً مرئياً بعين الإنسان، مع عمر فسفورية يبلغ نحو 0.37 ثانية، وهو أداء لم يُسجَّل سابقاً في أنظمة غير عطرية. تكشف اختبارات عديدة من دورات التسخين والتبريد عن خسائر طفيفة فقط في زمن التوهّج، وتحافظ المادة أيضاً على سلوكها في بعض المذيبات العضوية. تُظهر قياسات الأشعة السينية والطيف تحت الأحمر أثناء التسخين أن البنية العامة والروابط الهيدروجينية الأساسية تبقى سليمة إلى حد كبير حتى نحو 120 °م، ولا تنهار إلا عند درجات حرارة أعلى حيث يختفي التوهّج نهائياً.

من الرسائل السرية إلى وصفة عامة

أظهر الفريق أن شرائط من المُعقَّدات المُلدّنة عند درجات حرارة مختلفة يمكنها تخزين أنماط مخفية تظهر لفترة وجيزة فقط بعد إزالة ضوء الأشعة فوق البنفسجية أو عند درجات حرارة معينة. على سبيل المثال، يبقى نمط خلفي مرئياً بينما يظهر رسالة ثانية لبضع ثوان ثم تختفي، أو يمكن محوها نهائياً بالتسخين، مُنتِجة ميزات أمنية من نوع «احرق بعد القراءة». وباستبدال مذيبات إيوتكتية عميقة أخرى وحتى بوليمرات مختلفة، أظهروا أن الوصفة الأساسية نفسها يمكن أن تُنتِج عائلة من المواد المتوهجة غير العطرية، مع إعطاء المذيبات المحتوية على البروم أقوى توهّج وأطول دواماً.

ماذا يعني هذا التقدّم

بعبارة بسيطة، تُظهر الدراسة كيفية تحويل هلام بلاستيكي عادي غير عطري إلى صُلب قوي يتوهّج طويلاً عند كل من درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة المرتفعة عن طريق غمسه في مذيب خاص وتسخينه بلطف. يلتصق المذيب والبوليмер ببعضهما، ويساعد البروم في خلق حالات مثارة طويلة العمر، وتحمي الشبكة الصلبة هذه الحالات من الإخماد بواسطة الحرارة. يقدّم هذا منصة عملية خالية من المعادن لِمَواد تتوهّج في الظلام طويلة الأمد يمكن ضبطها لاستخدامات مثل مكافحة التزوير، وتخزين المعلومات، والأجهزة البصرية-الإلكترونية المستقبلية.

الاستشهاد: Zhong, X., Bai, Y., Qiao, G. et al. Nonaromatic polymer-deep eutectic solvent complexes with ultralong room-temperature and high-temperature phosphorescence. Nat Commun 17, 4399 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71041-7

الكلمات المفتاحية: الفسفورية, مواد تتوهّج في الظلام, هلامات البوليمر, المذيبات الإيوتكتية العميقة, الطباعة الأمنية