Nylon, caoutchouc, silicone, Téflon, PVC - ce sont tous des exemples de polymères artificiels - de longues chaînes d'unités moléculaires répétées que nous appelons des monomères. Bien que les polymères existent également dans la nature (pensez à la laine, soie, ou même des cheveux), l'invention des polymères synthétiques, dont le plus connu est le plastique, révolutionné l'industrie. Léger, extensible, souple, pourtant fort et résistant, les polymères synthétiques sont l'un des matériaux les plus polyvalents de la planète, utilisé dans tout, des vêtements à la construction, l'emballage et la production d'énergie. Depuis le tout début de cette nouvelle ère de l'ingénierie des matériaux, comprendre l'influence des forces externes sur la résistance et la stabilité des polymères a été crucial pour évaluer leurs performances.

Lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques, les liaisons faibles qui maintiennent ensemble certaines chaînes polymères sont surmontées, et on casse inévitablement. Quand cela arrive, un radical libre (une molécule avec un électron non apparié, qui est naturellement instable et très réactif, appelé "mécanoradique" dans ce cas) est généré. En estimant la quantité de mécanoradiques libres produits, nous pouvons déduire la résistance d'un matériau à la quantité de stress. Bien que ce phénomène soit bien documenté, les scientifiques ont eu du mal à l'observer à température ambiante en vrac, parce que les radicaux mécaniques produits pour les polymères en vrac ne sont pas stables en raison de leur forte réactivité vis-à-vis de l'oxygène et d'autres agents.

Des chercheurs du Tokyo Institute of Technology dirigés par le professeur Hideyuki Otsuka ont décidé de relever le défi. Dans leur étude publiée dans Angewandte Chemie Édition Internationale , ils ont utilisé une petite molécule appelée diarylacetonitrile (H-DAAN) pour capturer les radicaux libres voyous. "Notre théorie était que le H-DAAN émettrait une lumière fluorescente distinctive lorsqu'il réagissait avec les radicaux libres, que nous pourrions ensuite mesurer pour estimer l'étendue de la dégradation du polymère, " explique le professeur Otsuka. " La théorie est simple; plus la force exercée sur le polymère est élevée, plus on produit de mécanoradiques, et plus ils réagissent avec H-DAAN. Cette vitesse de réaction plus élevée se traduit par une lumière fluorescente plus intense, des changements qui peuvent être facilement mesurés."

Les chercheurs voulaient maintenant voir comment cela fonctionnerait dans la pratique. Lorsque le polystyrène (en présence de H-DAAN) a été soumis à une contrainte mécanique par broyage, le H-DAAN a agi comme un capteur de radicaux pour les polymères mécanoradiques, et lié avec eux pour produire "DAAN•, " qui a des propriétés fluorescentes. Cela a provoqué l'apparition d'une fluorescence jaune visible.

"Plus important, Probablement, est la corrélation claire que nous avons trouvée entre l'intensité de fluorescence et la quantité de radicaux DAAN générés par le polystyrène broyé, comme nous l'avions prévu, " rapporte le professeur Otsuka. " Cela signifie qu'il est possible d'estimer la quantité de radicaux DAAN générés dans le système en vrac simplement en mesurant l'intensité de fluorescence. "

Les implications de leurs découvertes sont vastes :en étant capable de quantifier visuellement comment les matériaux répondent à différents stimuli externes, ils peuvent tester l'adéquation des polymères à diverses utilisations, en fonction de la sollicitation mécanique qu'ils seront appelés à subir. Cette méthode pourrait s'avérer être un outil précieux pour les scientifiques et les ingénieurs qui s'efforcent d'améliorer les performances et la spécificité des matériaux.

Cette recherche passionnante met en lumière les réponses des polymères aux contraintes mécaniques et éclaire la voie à suivre dans la recherche sur les polymères mécaniques !