Materialen die speciale polymeermoleculen bevatten, kunnen ons op een dag waarschuwen wanneer ze op het punt staan ​​te falen, aldus onderzoekers. Ingenieurs van de University of Illinois Urbana-Champaign hebben hun eerder ontwikkelde krachtgevoelige moleculen verbeterd, mechanoforen genoemd, omkeerbaar te produceren, snelle en levendige kleurverandering wanneer er kracht wordt uitgeoefend.

De nieuwe studie onder leiding van postdoctoraal onderzoeker Hai Qian, professor materiaalwetenschap en techniek en hoofd Nancy Sottos, en Beckman Institute of Advanced Science and Technology directeur Jeffrey Moore is gepubliceerd in het tijdschrift Chemo .

Moore's team werkt al meer dan tien jaar met mechanoforen, maar eerdere inspanningen hebben moleculen geproduceerd die traag reageerden en terugkeerden naar hun oorspronkelijke staat, als al. Dit onvermogen om een ​​aan/uit-achtige respons te produceren, heeft hun gebruik als moleculaire sondes die continu de mechanische toestand van een materiaal rapporteren, beperkt. de onderzoeksrapporten.

"De kleurverandering is het resultaat van spanning die wordt uitgeoefend op de bindingen die de mechanoforen verbinden met een polymeerketen, " zei Qian. "We zijn nu de mechanoforen aan polymeerketens aan het binden met behulp van een ander rangschikkingsschema, een oxazinestructuur genoemd. De nieuwe structuur zorgt voor een onmiddellijke en omkeerbare kleurverandering, dus in plaats van dat het polymeer na verloop van tijd langzaam donkerder wordt, de kleur verandert snel wanneer de kracht wordt uitgeoefend en verdwijnt wanneer de kracht wordt verwijderd."

Materialen die de nieuwe mechanoforen bevatten, kunnen worden gebruikt als stresssensoren om onderzoekers in staat te stellen de effecten van stress op materialen te bestuderen voordat ze falen.

"De snelle reactie en omkeerbaarheid zullen ingenieurs in staat stellen om beter te monitoren, snel detecteren en reageren op een overbelaste structuur in het laboratorium en uiteindelijk in het veld, ' zei Sotos.

Een langdurige uitdaging in de materiaalkunde is het maken van waarnemingen met betrekking tot mechanische belasting en andere spanningen in materialen op het niveau van één molecuul. Hoewel deze vooruitgang dit niet kan, Moore zegt dat het doel dichterbij komt met de ontwikkeling van dit nieuwe type mechanoforen.

"Er is meer werk te doen, maar deze vooruitgang opent de deur naar gedetailleerd inzicht in wat er op moleculair niveau gebeurt in allerlei materialen, "Zei Moore. "Op het gebied van biomechanica, bijvoorbeeld, we zien dit onderzoek als een opstap naar een betere monitoring van hoe ons lichaam reageert op externe krachten van het cellulaire niveau en daarbuiten."