Nový polymer světélkuje, když se napíná | EkonTech.cz


Nový polymer světélkuje, když se napíná

Technik / světélkující polymer
2. 5. 2019 - 10:37

Materiály často bývají vystaveny různých mechanickým silám a tlakům. Někdy jsou takové síly už příliš intenzivní a materiál může být poškozen. Obvykle není snadné si toho na první pohled všimnout. Nový polymer ale ultrafialově světélkuje, když je vystavený mechanické zátěži. Čím je tato zátěž větší, tím polymer světélkuje víc.

Pokud jde o materiály, pro uživatele je vždy dobré, když vědí, že dotyčný materiál čelí napínání nebo nějakým tlakům. Může to být užitečným varováním, že něco není v pořádku a že by mohlo dojít ke katastrofálnímu selhání. Nový polymer takové varování nabízí, protože při napínání světélkuje.

Vědci a inženýři již dříve vytvořili materiály, které při působení mechanických sil změní své optické vlastnosti. Takové změny přitom bývají založené na rozrušení vazeb mezi určitými molekulami, takže takový signál se může objevit jenom jednou. Často se také stává, že zmíněné vazby může narušit i něco jiného nežli mechanický stres, například teplo nebo světelné záření, což může vést k falešnému poplachu.

Mezinárodní tým odborníků, který vedl japonský badatel Yoshimitsu Sagara z Hokkaido University, proto přišel s novou technologií, která by se měla takovým potížím vyhnout. Vyvinuli polymetr, který při mechanickém zatížení světélkuje a může to udělat mnohokrát opakovaně. Jde o jistý typ polyuretanu, který obsahuje molekuly typu rotaxan. Takové molekulární struktury mají tvar činky, na jejíž prostřední část je navlečená molekula prstencového tvaru, označovaná jako makrocyklus. V tomto případě je makrocyklus molekula, která světélkuje.

Dokud je tento polymer v klidu, tak jsou makrocykly uspořádány poblíž sebe, v těsné blízkosti molekul, které jsou umístěné v prostřední části „činky“ a mají tlumící účinek na světélkování (anglicky „quencher molecules). Díky tomu polymer v klidu nesvětélkuje.

Jakmile se ale polymer napne působením mechanický sil a tlaků, tak se světélkující makrocyckly dostanou dál od tlumících molekul. Polymer v důsledku toho začne světélkovat, přičemž toto světélkování je patrné v ultrafialové části spektra. Když působení mechanických sil ustane, tak polymer opět zhasne. Podle tvůrců materiálu se tento proces může opakovat prakticky donekonečna, pokud materiál není nějak zásadně poškozený. To, jak je světélkování jasné, přitom ukazuje velikost mechanické zátěže, které materiál čelí.

Při výrobě polymeru je možné použít různé typy makrocyklů. Podle toho pak může mít fluoreskování materiálu různé zbarvení, například modré, zelené nebo oranžové. Kombinací různých makrocyklů lze vytvářet další barvy, včetně bílého světélkování. Možných využití nového polymeru se nabízí celá řada, od výzkumu vlastností materiálů a nových výrobků, až po aplikace v předmětech a zařízeních pro každodenní využití.

Zdroj: American Chemical Society, Hokkaido University