Kleurveranderende kleurstoffen visualiseren stress in kunststoffen

Een onderzoeksteam construeerde een nieuw kleurstofmolecuul uit het gebied van mechanoforen. Dankzij dit molecuul kunnen spanningen van verschillende groottes in kunststof componenten continu worden gevisualiseerd door kleurveranderingen.

Het concept van dergelijke kleurstoffen is niet nieuw, maar de meeste eerdere mechanoforen konden alleen de aanwezigheid of afwezigheid van stress in kunststoffen aangeven. Het nieuwe molecuul maakt het mogelijk onderscheid te maken tussen spanningen van verschillende groottes. Dit is belangrijk om spanningsverdelingen in macroscopische plastic componenten in kaart te brengen om de integriteit van het materiaal te allen tijde te bewaken. Het team ontwikkelt deze vorm van vervormings- en schadeanalyse en brengt deze dichter bij praktische toepassingen.

Door een moleculair ontworpen kleurstof te combineren met een geschikte en niet-brosse kunststof, kunnen macroscopische krachten nu worden teruggebracht tot de moleculaire schaal. Deze werkende krachten kunnen bijvoorbeeld externe druk of spanning zijn. Het kleurstofmolecuul "voelt" dus de kracht die in de plastic componenten werkt en blijft veranderingen in kracht aangeven door toenemende kleurveranderingen. Als de externe belasting wordt weggenomen, keert het kleurstofmolecuul terug in zijn oorspronkelijke staat - een moleculaire veer die zich uitrekt en veren, afhankelijk van de externe spanning.

Vergeleken met bestaande moleculaire schakelaars die stress in kunststoffen vertalen door van kleur te veranderen, liggen de voordelen van de nieuwe technologie in het traploos in kaart brengen van krachten van verschillende groottes en het veerachtige gedrag van het molecuul, dat steeds opnieuw kan worden gebruikt.

De technologie kan ook een meer fundamenteel begrip van de dempingseigenschappen van synthetische materialen en natuurlijke systemen mogelijk maken. Zo zijn er grote en zware vruchten die van grote hoogte uit bomen vallen maar onbeschadigd blijven. De natuur dient hierbij als model en moleculaire bronnen kunnen helpen om dergelijke systemen beter te begrijpen en na te bootsen. Toekomstige inspanningen zullen daarom gericht zijn op het aanpassen van moleculaire krachtveren voor gebruik in verschillende kunststoffen.