Onderzoekers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen, onderdeel van de Universiteit van Tokio, en Yokohama City University hebben nieuwe kleurveranderende organische kristallen geïntroduceerd die spontaan terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm en tint na stress, een eigenschap die ze superelastochromisme noemen. Deze materialen kunnen worden gebruikt om sensoren voor schuifkrachten te maken om locaties te bewaken die gevoelig zijn voor schade.

Het vermogen om krachten te visualiseren kan in veel industrieën zeer nuttig zijn, bijzonder zware productie en verzending. Bijvoorbeeld, een van kleur veranderend materiaal dat laat zien waar balken worden belast, zou geweldig zijn voor bouwbedrijven. Echter, dergelijke apparaten werken vaak eenmalig en moeten worden vervangen nadat ze zijn uitgerekt. Materialen die terugveren nadat ze uitgerekt of geperst zijn, als een rubberen bal, worden elastisch genoemd. Maar zelfs deze objecten kunnen een permanente vormverandering ondergaan als ze te veel worden belast, in een proces dat plastische vervorming wordt genoemd.

Nutsvoorzieningen, een team heeft een nieuw organisch materiaal geïntroduceerd dat de kleur van de uitgezonden fluorescentie verandert van groen in rood onder mechanische belasting, en stuitert direct terug naar zijn oorspronkelijke configuratie wanneer deze spanning wordt verwijderd.

"We noemden deze eigenschap 'superelastochromisme' omdat de kleurveranderingen het gevolg zijn van volledig omkeerbaar - dat wil zeggen, elastisch - veranderingen in de rangschikking van moleculen in het materiaal, ", zegt eerste auteur Toshiki Mutai.

Op basis van 7-chloor-2-(2'-hydroxyfenyl)imidazo[1, 2-a]pyridine (7Cl), de kristallen bestaan ​​uit moleculen die in twee verschillende configuraties kunnen voorkomen. In beide staten, een waterstofatoom is covalent gebonden aan een zuurstofatoom, en slechts zwak aangetrokken tot een nabijgelegen stikstofatoom.

Wanneer het materiaal wordt geperst of gebogen, de moleculaire rangschikking schakelt over naar de andere configuratie. Deze mechanisch gecontroleerde faseovergang verandert de golflengten van het licht dat het molecuul als fluorescentie zal uitzenden wanneer het wordt geëxciteerd door een externe UV-lichtbron. De verandering is duidelijk zichtbaar voor het blote oog als een verschuiving in kleur van neongroen naar roodachtig oranje.

"Chromatische veranderingen in sensoren zijn zeer wenselijk, omdat ze gemakkelijk door mensen worden gezien en geïnterpreteerd, ", zegt senior auteur Satoshi Takamizawa. "Als nauwkeurigere metingen nodig zijn, spectroscopie kan worden gebruikt om de hoeveelheid stress te kwantificeren."

Dit werk kan leiden tot een breed scala aan "slimme" materiaalsensoren. Bijvoorbeeld, men zou kunnen worden gebruikt om het tijdstip te bepalen waarop mechanische spanning wordt toegepast of verwijderd.