Исследовательская группа во главе с профессором химии полимеров Технологического университета Хемниц и профессором химии полимеров в Технологическом университете Хемниц и доктором Майклом Вальтером удалось сконструировать молекулу красителя, благодаря которой различное напряжение в пластике приводит к смене цвета.

Такие красители — не новинка, однако большая часть предыдущих механофоров (так зовутся эти красители) могли указывать лишь на наличие или отсутствие напряжения в пластмассах. Текущее исследование теперь позволяет различать напряжения разной величины. Это дает большие преимущества, когда важно составить карту распределения напряжений в макроскопических пластиковых компонентах для постоянного контроля целостности материала. Команда исследователей сделала еще один шаг к разработке этой эффективной формы анализа деформации и повреждений, приближая ее к практическим применениям.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications 9 июля 2021 года.

Молекулярная пружина показывает силу нагрузки по цвету

Как сообщают исследователи в своей публикации, благодаря сочетанию красителя с молекулярной структурой и подходящей и, прежде всего, нехрупкой пластмассы, макроскопические силы теперь могут быть сведены к молекулярному масштабу. Эти действующие силы могут быть, например, внешним давлением или натяжением.

Таким образом, молекула красителя «чувствует» силу, действующую внутри пластмассовых компонентов, и продолжает указывать на изменения силы, увеличивая изменения цвета. Если внешняя нагрузка снимается, молекула красителя возвращается в исходное состояние. Вот почему этот краситель называют «молекулярной пружиной» — он растягивается и «пружинит» — в зависимости от внешнего напряжения.

По сравнению с существующими молекулярными переключателями, которые переносят напряжение в пластмассе путем изменения цвета, преимущества здесь явно заключаются в бесступенчатом отображении сил разной величины, а также в пружинном поведении молекулы, которое, таким образом, можно использовать снова и снова.

Лучшие механические свойства — лучшее понимание и применение демпфирования

«Это смелый шаг к непосредственной визуализации внешних остаточных напряжений пластмасс с помощью простых аналитических методов, который очень помогает в дальнейшей разработке материалов с улучшенными механическими свойствами, например, с помощью 3D-печати», — резюмирует профессор Майкл Зоммер.

Но это также может позволить более фундаментальное понимание демпфирующих свойств синтетических материалов и природных систем: например, есть большие и тяжелые плоды, которые падают с деревьев с большой высоты, но остаются неповрежденными. В качестве модели здесь выступает природа, а молекулярные источники могут помочь лучше понять и имитировать такие системы.

Поэтому дальнейшие усилия будут сосредоточены на адаптации молекулярных силовых пружин для использования в различных пластмассах. Это потребует совместных усилий с другими исследовательскими группами и использования компьютерных методов.