Les matériaux contenant des molécules polymères spéciales pourraient un jour nous avertir lorsqu'ils sont sur le point de tomber en panne, les chercheurs ont dit. Les ingénieurs de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign ont amélioré leurs molécules sensibles à la force précédemment développées, appelés mécanophores, produire des réversibles, changement de couleur rapide et éclatant lorsqu'une force est appliquée.

La nouvelle étude menée par le chercheur postdoctoral Hai Qian, professeur et directrice de sciences et génie des matériaux Nancy Sottos, et Jeffrey Moore, directeur du Beckman Institute of Advanced Science and Technology, est publié dans la revue Chimie .

L'équipe de Moore travaille avec des mécanophores depuis plus d'une décennie, mais les efforts passés ont produit des molécules qui ont été lentes à réagir et à revenir à leur état d'origine, si pas du tout. Cette incapacité à produire une réponse de type marche/arrêt a limité leur utilisation en tant que sondes moléculaires qui signalent en continu l'état mécanique d'un matériau, les rapports d'étude.

"Le changement de couleur est le résultat d'un stress appliqué aux liaisons qui relient les mécanophores à une chaîne polymère, " a déclaré Qian. "Nous sommes maintenant en train de lier les mécanophores aux chaînes polymères en utilisant un schéma d'arrangement différent, appelée structure oxazine. La nouvelle structure permet un changement de couleur instantané et réversible, donc au lieu que le polymère s'assombrisse lentement avec le temps, la couleur change rapidement lorsque la force est appliquée et disparaît lorsque la force est supprimée."

Les matériaux qui contiennent les nouveaux mécanophores pourraient être utilisés comme capteurs de stress pour permettre aux chercheurs d'étudier les effets du stress sur les matériaux avant qu'ils ne tombent en panne.

"La réponse rapide et la réversibilité permettront aux ingénieurs de mieux surveiller, détecter et réagir rapidement à une structure surchargée en laboratoire et éventuellement sur le terrain, " dit Sottos.

Un défi de longue date en science des matériaux a été de faire des observations concernant la charge mécanique et d'autres contraintes dans les matériaux au niveau d'une seule molécule. Bien que cette avancée ne puisse pas faire cela, Moore dit que l'objectif est plus proche avec le développement de ce nouveau type de mécanophores.

"Il y a plus de travail à faire, mais cette avancée ouvre la porte à un aperçu détaillé de ce qui se passe au niveau moléculaire dans toutes sortes de matériaux, " dit Moore. " Dans le domaine de la biomécanique, par exemple, nous voyons cette recherche comme un tremplin vers une meilleure surveillance de la façon dont notre corps réagit aux forces externes du niveau cellulaire et au-delà."