Origin of the Reversible Thermochromic Properties of Polydiacetylenes Revealed by Ultrafast Spectroscopy

이 연구에서는 온도 변화에 따라 색이 바뀌는 polydiacetylene(PDA)의 열변색성 (thermochromic) 특성이 어떻게 되돌릴 수 있는지(reversible) 또는 되돌릴 수 없는지(irreversible)를 femtosecond transient absorption spectroscopy를 통해 electronic relaxation 관점에서 분석하였다. 대표적으로 Bis-PDA-Ph는 120 °C까지도 완전히 reversible한 색 변화 특성을 보이고, PCDA–PDA는 60 °C 이상에서 irreversible한 전이 특성을 보인다. 실험 결과, reversible한 경우에는 들뜬 상태에서 intermediate state를 거쳐 천천히 ground state로 electronic relaxation이 일어나는 반면, irreversible한 경우에는 이 중간 상태 없이 빠르게 ground state로 돌아간다. 이 intermediate state의 존재 여부가 thermochromism의 reversibility를 결정짓는 핵심 요소임을 확인하였다. 또한 양자화학 계산을 통해, PCDA–PDA는 높은 온도에서 수소 결합이 깨지며 구조 변화가 일어나지만, Bis-PDA-Ph는 hydrophobic interaction과 π−π 상호작용으로 인해 구조적 안정성을 유지함을 보였다. 이 결과는 PDA 기반 온도 센서의 설계와 최적화에 중요한 구조-동역학적 인사이트를 제공한다.