Stel je een auto-crashtest voor waarbij testdummy's worden gebruikt die overal zijn geverfd met een stof die van kleur kan veranderen afhankelijk van de mate van stress die verschillende delen van het lichaam van de dummies zullen doorstaan. Zo'n "kleurenkaart" zou essentiële informatie kunnen verschaffen aan ingenieurs die veiligere auto's ontwerpen.

Of stel je honkbalhandschoenen voor die, wanneer ze worden gedragen, de slagmensen laten zien of ze de juiste hoeveelheid druk gebruiken om hun knuppels vast te pakken, wat resulteert in betere prestaties.

Nieuwe technologie ontwikkeld aan de Universiteit van Californië, Riverside kan nu bovenstaande en soortgelijke ideeën werkelijkheid maken. Inderdaad, de technologie kan worden toegepast om alledaagse apparaten te verbeteren, zoals smartphones, die voor gebruik afhankelijk zijn van de juiste hoeveelheid druk die erop wordt uitgeoefend.

"We hebben een druksensor met hoge resolutie ontwikkeld die druk aangeeft door de kleur ervan te variëren - een sensor die we allemaal alleen met onze ogen kunnen gebruiken, " zei Yadong Yin, een universitair hoofddocent scheikunde, wiens lab het onderzoek leidde.

Het lab gebruikte een zelfassemblagemethode om gouden nanodeeltjes aan elkaar te rijgen die ze vervolgens in een polymeerfilm insloten. De film vervormt wanneer erop wordt gedrukt, het uitrekken van de gouden nanodeeltjesreeksen door de scheiding tussen aangrenzende gouden nanodeeltjes te vergroten.

"Deze verhoogde scheiding verandert de manier waarop de nanodeeltjes interageren met licht, " legde Yin uit. "Als ze aan elkaar zijn gekoppeld, de gouden nanodeeltjes lijken oorspronkelijk blauw. Maar ze veranderen geleidelijk in rood met toenemende druk naarmate de nanodeeltjes beginnen te demonteren. Dit helpt ons gemakkelijk en visueel te bepalen hoeveel druk er is uitgeoefend."

Studieresultaten verschijnen deze maand in Nano-letters .

De sensor die het lab van Yin ontwikkelde verschilt van commercieel verkrijgbare druksensorfilms. Deze laatste geven druk aan door de intensiteit van slechts één kleur te veranderen (bijvoorbeeld lichtrood tot donkerder rood). Ze zijn vaak moeilijk te interpreteren en hebben een lage resolutie en een laag contrast.

De nieuwe technologie produceert een mozaïek van gemakkelijk te onderscheiden kleuren en heeft het voordeel van een hoger contrast en hogere resolutie. Het kan potentieel worden gebruikt in veel veiligheidsapparaten om de drukverdeling over zelfs zeer complexe oppervlakken te onthullen.

"De vele elektronische stresssensoren die in de handel verkrijgbaar zijn, zijn omvangrijk en niet geschikt voor bepaalde toepassingen, " zei Yin. "Bijvoorbeeld, het is moeilijk om de spanningsverdeling over een bepaald gebied te bepalen als de contactoppervlakken niet vlak en uniform zijn. Onze sensorfilms kunnen op de contactoppervlakken worden geverfd, zodat het kleurverschil in verschillende gebieden duidelijk de spanningsverdeling over het contactoppervlak laat zien."

Terwijl zijn lab goud gebruikte in de experimenten, zilver en koper kunnen ook werken, voegde Yin toe. De sensor die het lab ontwikkelde is een stevige plastic film. Onder stress, het vervormt als conventionele kunststoffen. De nieuwe kleur die ontstaat blijft bestaan ​​nadat de stress is weggenomen.

"Dit is waarom we het een 'colorimetrische stressgeheugensensor' noemen, ' zei Yin.

Een van de onderzoeksinteresses van zijn lab is het ontwerpen van materialen met nieuwe eigenschappen via het zelfassemblageproces. Het lab maakt eerst nanodeeltjes en organiseert ze vervolgens samen om nieuwe eigenschappen te produceren die voortkomen uit deeltjes-deeltje-interacties.

"In het geval van onze sensor, we vonden in eerste instantie een manier om gouden nanodeeltjes samen te organiseren om strings te vormen, " zei Yin. "Dat proces gaat gepaard met een scherpe kleurverandering van rood naar blauw. We speculeerden dat het omgekeerde - demontage - proces de omgekeerde kleurverandering zou hebben:van blauw naar rood. We ontdekten tot onze verbazing dat mechanische kracht deze demontage kon bereiken. Onderzoekers hebben aanzienlijke inspanningen geleverd om de zelfassemblage van nanodeeltjes te bestuderen. Inderdaad, gouden nanodeeltjes zijn conventioneel gebruikt als sensoren op basis van het zelfassemblageproces. Het nieuwe aan ons werk is dat het laat zien dat het demontageproces ook geweldige toepassingen kan vinden als de montage omkeerbaar is ontworpen."