¿Cómo funcionan esas camisetas que cambian de color con el sol?

Question

Cuando era niño, le pregunté a mi padre sobre ellos y me dijo (no con tantas palabras) que era porque la luz del sol y la luz artificial tienen espectros diferentes y que ellos escogían colores que reflejan sólo las longitudes de onda que contiene la luz del sol pero no la luz artificial.

De niño era una explicación bastante buena, pero desde entonces he aprendido que cuando no sabe una respuesta a una pregunta de ciencia se inventa algo que suene bien, así que ahora no estoy muy convencido. Si fuera una cuestión del espectro de la luz, ¿no aparecerían algunos colores bajo luz incandescente que no aparecen bajo luz fluorescente, o viceversa? ¿Y por qué no parece haber ningún objeto natural (que yo conozca) que muestre este mismo comportamiento?

Me parece que tendría que ser que la tinta (o la sustancia colorante que sea) está diseñada específicamente para reaccionar a la luz solar -quizás químicamente- en lugar de estar simplemente en colores que no aparecen con luz artificial.

Pero sólo estoy adivinando. (¿De tal palo tal astilla?) ¿Alguien sabe cómo funcionan?

Answer 1

Un rápido vistazo a la Página sobre el funcionamiento de Del Sol muestra su explicación,

¿CÓMO FUNCIONA?

El cristal Spectrachrome® revela el color al ser irradiado por las ondas ultravioletas, es decir, por la luz del sol. Cuando una flor florece, el resultado es la exposición del color inherente a la flor. Un cristal Spectrachrome® es similar en el sentido de que se produce un cambio de energía que hace que el color del tinte sea visible para el ojo humano. El cambio o "giro" del colorante se denomina transición de excitación molecular. En realidad, el colorante no "cambia" de color, sino que se hace visible para el ojo humano. Las investigaciones demuestran que algunos animales, por ejemplo ciertas especies de murciélagos, pueden ver el color de un cristal de Spectrachrome® en su estado inactivo.

¿QUÉ LONGITUD DE ONDA PROVOCA LA REACCIÓN?

Aunque cada cristal de Spectrachrome® funciona a una longitud de onda ligeramente diferente, la longitud de onda óptima es de 365 nanómetros.

que es más o menos razonable. Ten en cuenta que no tiene por qué haber ninguna correlación particular entre la longitud de onda de la luz que activa un determinado color de tinta y el color de esa tinta. La mayoría de las luces artificiales son bastante escasas en el UV (por diseño - no es algo que queramos tener cerca todo el tiempo), pero las luces negras están fácilmente disponibles si quieres probar esto experimentalmente.

En particular, esto significa que la explicación en el OP,

La luz solar y la luz artificial tienen espectros diferentes y eligen colores que reflejan sólo las longitudes de onda que contiene la luz solar, pero no la luz artificial.

no es del todo correcto. No es que el espectro de la luz solar se refleje, sino que la luz solar contiene componentes espectrales que "activan" la tinta para que el tinte se haga visible.

Answer 2

Hay una explicación en el sitio web de Del Sol pero omite los detalles técnicos. Esto se debe probablemente a que Del Sol lo considera una propiedad intelectual confidencial de gran valor comercial, y tengo que reconocer que probablemente tengan razón.

En cualquier caso, al buscar en Google se ha encontrado una sugerencia de cómo funciona, pero no hay ninguna prueba de esta idea, así que tómala como una hipótesis hasta que Del Sol revele su tecnología.

La hipótesis es que los colores se deben a fluorescencia . Los tintes absorben la luz y la reemiten en una longitud de onda diferente, dando lugar a los colores que vemos en la ropa. El cambio de color se debe a que los tintes pueden existir en dos estados, uno de los cuales es fluorescente a longitudes de onda ultravioleta y el otro a longitudes de onda visibles. El cambio entre los dos estados lo provoca la luz ultravioleta.

La luz artificial contiene muy poco ultravioleta, por lo que los colorantes vuelven al estado en el que no son fluorescentes en las longitudes de onda visibles. La luz solar contiene una cantidad importante de rayos ultravioleta y en ella los tintes cambian a la forma que fluoresce en las longitudes de onda visibles. Por eso el color sólo aparece bajo la luz del sol.

Answer 3

Para discriminar entre las otras dos respuestas. Espectroscopia de vida sería capaz de distinguir entre fotocromía (en este caso, reflectancia reversible conmutable por ultravioleta, ejemplo: hexaarilbiimidazol donde el tiempo de transición es de milisegundos a segundos) y la fluorescencia ultravioleta (donde el "tiempo de transición" es cero, aunque el estado fluorescente excitado tiene probablemente un tiempo de vida de nanosegundos o menos).

Una forma de implementarlo es con una pequeña luz negra y un gran ventilador de caja de alta velocidad. El ventilador actúa como un chopper óptico. Al hacer brillar la luz a través de las aspas del ventilador sobre la camisa, si el efecto es de fluorescencia, el color aparecerá inmediatamente cada vez que se ilumine la camisa. Si el efecto es de fotocromía, el color aparecerá si el ventilador se ajusta a una velocidad de rotación lo suficientemente lenta (quizás se detenga, si el tiempo de transición es "largo").

Answer 4

Creo que los tintes se comportan de manera similar a los materiales que brillan en la oscuridad; emiten una fluorescencia de cierta longitud de onda con el tiempo después de ser irradiados.
En el caso de estas camisetas, habrá diferentes productos químicos para los distintos colores, pero todos se "activan" con la radiación UV.

Hay un bonito explicación en Wikipedia pero básicamente esto:

Se puede excitar un electrón proporcionándole un paquete de energía lo suficientemente alto, por ejemplo, los rayos UV. Esto significa que el electrón tiene más energía y pasa a un estado energético superior (a menudo considerado como un orbital superior). Lo que suele ocurrir es que ese electrón desciende a su estado energético habitual casi de inmediato, lo que emite luz (un electrón que vibra genera fotones). Un buen ejemplo de esto son las lámparas de gas de los campings: si las ponemos en calor, el electrón se excita y se desexcita inmediatamente, pero de forma constante, lo que da una bonita luz brillante y constante)

Sin embargo, en el caso de la fosforescencia, el electrón sólo desciende un tiempo después, lo que significa que si se pone energía ahora, emite luz hasta más tarde, aunque no tan brillante.

Answer 5

Como ha comentado fractalspawn es casi seguro que se trata de un efecto fotocromático ( https://en.wikipedia.org/wiki/Photochromism ). En este proceso, una molécula de la forma A puede absorber un fotón visible o UV y ser isomerizada en otra forma B. Ésta tendrá un espectro de absorción diferente al del material de partida y si éste absorbe en la parte visible del espectro se observa un cambio de color.

En las moléculas fotocromáticas, un fotón de diferente color puede cambiar B de nuevo a A. También podría darse el caso de que, térmicamente, B pueda hacer la transición de nuevo a A. Sin saber más sobre los compuestos de la camiseta no se puede estar seguro. Tampoco se pueden conocer las constantes de velocidad de reacción, pero en muchos de estos tipos de compuestos las constantes de velocidad de isomerización pueden ser $>10^9 s^{-1}$ .

Siempre es posible que la fluorescencia se produzca a partir de las especies A o B, pero esto tiene que competir con la reacción (haciendo que el rendimiento sea pequeño) y sería muy difícil de observar con luz brillante, mientras que un cambio de color debido a la absorción es fácilmente observable.