Всегда полезно, если материалы сообщают вам, когда они находятся в состоянии стресса, чтобы можно было внести изменения до того, как произойдут катастрофические сбои. Новый полимер предназначен для обеспечения такого предупреждения, поскольку он светится при растяжении.
Прежде всего, ученые ранее разработали полимеры, которые изменяют свои оптические свойства в ответ на механические нагрузки. Однако, как правило, изменение инициируется разрывом молекулярных связей внутри материала, поэтому оно может произойти только один раз. Кроме того, эти связи также могут быть разорваны такими раздражителями, как тепло и свет, что приводит к ложным тревогам.
Учитывая эти ограничения, исследователи из швейцарского университета Фрибурга и японского университета Хоккайдо разработали светящийся полимер. Тип полиуретана, включает в себя молекулярную структуру класса соединений - ротаксанов - это означает, что он состоит из длинных молекул в форме гантелей, на которых расположены циклические флуоресцентные молекулы, называемые макроциклами.
Пока полимер находится в расслабленном состоянии, макроциклы остаются сгруппированными вместе, рядом с молекулами «гасителя» в середине гантели. Эти гасители удерживают макроциклы от флуоресценции.
Однако когда полимер (и, следовательно, гантель) растягивается, макроциклы отделяются и удаляются от гасителей, что позволяет им флуоресцировать в ультрафиолетовом свете. Чем больше растягивается материал, тем ярче они светятся, и они снова темнеют после снятия растяжения. Процесс может повторяться до бесконечности.
Команда достигла белой флуоресценции (внизу), комбинируя сенсорные молекулы, которые испускают оранжевую, синюю и зеленую флуоресценцию соответственно. Фото: Hokkaido University
Изменяя тип используемых макроциклов, полимер можно сделать так, чтобы он флуоресцировал синим, зеленым или оранжевым - можно также получить белое свечение, комбинируя их (см. на фото выше).
Исследование, которое было проведено Йошимицу Сагара (Yoshimitsu Sagara) из Хоккайдо и Кристофом Ведером (Christoph Weder) из Фрибурга, описано в статье, недавно опубликованной в журнале ACS Central Science.
Вы можете увидеть полимер во всей его сияющей красоте, на видео ниже. Видеопрезентация с канала Hokkaido Uni, созданная исследовательской группой Университета Хоккайдо и Университета Фрибурга, объясняющая уникальные свойства созданных ими полимеров, которые излучают флуоресцентный цвет при воздействии механических нагрузок:
Источник: New Atlas / American Chemical Society, Hokkaido University
