Dit polymeer kan een optisch signaal afgeven wanneer het wordt vervormd.  

Apparaten die zonder al te veel energie laten weten wanneer ze schade hebben: ingenieurs zijn druk bezig met het zoeken naar methodes om dit te bewerkstelligen. En Zwitserse en Japanse onderzoekers sloegen onlangs met succes de handen ineen om een polymeer te ontwikkelen dat een fluorescerend signaal afgeeft als het wordt uitgerekt.

Onomkeerbaar

Dit soort ‘stress-gevoelige’ polymeren bestaan overigens al langer. De meeste typen zijn uitgerust met sensormoleculen waarvan de covalente bindingen breken als ze worden geactiveerd door een mechanische kracht. De optische eigenschappen van het polymeer veranderen als reactie hierop.

Dit slimme trucje kent echter een paar nadelen. Doordat de covalente bindingen breken, is het proces onomkeerbaar. Je kunt het polymeer dus niet voor langere tijd gebruiken. Ook bestaat er een kans dat de bindingen door andere stimuli breken. Bijvoorbeeld door licht of hitte. Een optische verandering betekent dan niet per se dat het materiaal is beschadigd door een mechanische kracht.

Halter

Deze nadelen probeerden de Zwitserse en Japanse ingenieurs te ontwijken. Ze ontwikkelden een polymeer dat bestaat uit speciale structuren, rotaxanen genoemd. Deze structuren kun je het beste visualiseren als moleculen die eruitzien als halters uit de sportschool. Om die haltermoleculen heen vind je ringvormige fluorescentiemoleculen. (Zie de afbeelding hiernaast.)

Naast de lichtgevende deeltjes plaatsten de wetenschappers moleculen die het fluorescerende effect kunnen opheffen. Wanneer een polymeer ‘relaxed’ is, liggen deze moleculen dichtbij de lichtgevende ringen en blijft het materiaal donker. Wanneer je het polymeer uitrekt, komen deze moleculen los van de fluorescerende deeltjes en ontstaat er wel een lichtsignaal. Het proces is dus omkeerbaar en kan, volgens de onderzoekers, niet worden getriggerd door licht of warmte.

Het team ontwikkelde drie polymeren die op deze manier blauw, groen of oranje kleuren wanneer ze worden uitgerekt. Hiervoor gebruiken ze telkens andere fluorescerende ringen. Bovendien kan het licht in intensiteit verschillen, afhankelijk van de krachten die ze ondergaan.

Toepassingen

De onderzoekers zien een aantal toepassingen van hun polymeer. Uiteraard willen ze het integreren in apparaten. Het materiaal kan een seintje sturen wanneer een onderdeel het dreigt te begeven. Ook kunnen ingenieurs het polymeer gebruiken om apparaten te testen. Is er een onderdeel dat minder tegen ‘stress’ kan dan een ander deel? Dan kunnen de ingenieurs daarop focussen en het onderdeel verbeteren.

Bronnen: ACS Central Science, ACS via EurekAlert!, Hokkaido University via EurekAlert!

Beeld: American Chemical Society

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!