В США разработан пластик, меняющий цвет при деформации

Группа американских ученых из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana Champaign) заявила о создании нового вида пластика, который способен реагировать на деформации в виде растяжения и надавливания изменением своего цвета, а, кроме того, является еще одним шагом к созданию материалов, способных самостоятельно «излечивать» повреждения в своей структуре.

В ходе данной работы материаловеды из Соединенных Штатов Нэнси Соттос и Джеффри Мур решили продолжить эксперименты, начатые еще несколько лет назад, когда американские эксперты помещали в центр полимерной цепи круглую молекулу, названую «механофором» (mechanophore). Если потом такой пластик подвергался деформации под действием механического напряжения, то разрыв этой молекулы приводил к изменению цвета материала. Здесь стоит отметить, что в то раз подобные эксперименты проводились над раствором полимера, который, к тому же, еще и обрабатывался ультразвуком.

На первых этапах своего исследования Соттос и Мур опасались, что связи в деформируемом пластике будут рваться совершенно бессистемно, не затрагивая при этом молекулы механофора. Данная проблема была решена с помощью соединений под названием «спиропираны» (spiropyrans), которые, наконец, позволили ученым  окрасить «твердый» пластик в различные цвета. Если говорить точнее, то изменение цвета материала происходило постепенно от бесцветного к красному или же фиолетовому цвету по мере нарастания прилагаемого к пластику механического напряжения.

На следующем этапе своей работы американские исследователи использовали два вида механофоров, что позволило продемонстрировать новый материал в работе. В первом опыте механофоры добавлялись к эластомеру, который растягивался до разрыва. Что же касается второго эксперимента, то в нем из полимера были созданы мельчайшие бусины, диаметр которых составлял порядка сотен микрометров. При сжатии все эти бусины поменяли свой цвет. Полученные результаты авторы работы прокомментировали следующим образом: «Получился очень простой метод детектирования… Разрыв связей приводит к изменению окраски».

Вместе с тем, как отмечает на своих страницах интернет-портал rccnews.ru, данную разработку американских специалистов нельзя назвать первой в своем роде. С другой стороны, эта работа представляет собой еще один шаг навстречу принципиально новым материалам, которые не только будут «показывать», где у них произошло повреждение структуры, но и самостоятельно его устранять без необходимости участия других веществ. Говоря другими словами, такой материал будет способен сам возвращать свои молекулы в исходное состояние, восстанавливая разрушенные молекулярные связи. Такие надежды экспертов оправдываются тем, что круглые молекулы спиропиранов «закрываются» под воздействием яркого света, что приводит к исчезновению цвета, сигнализирующего о разрыве связей.

Остается добавить, что авторы работы пока еще не пришли к окончательному мнению по поводу того, является ли последнее свойство нового материала его преимуществом или же его недостатком, так как в некоторых определенных условиях указанное свойство вещества вполне может оказаться нежелательным. Тем не менее, в своей статье, опубликованной на страницах авторитетного издания «Nature», ученые высказывают надежду, что полученные ими механофоры когда-нибудь в будущем будут использоваться не только в качестве сигнализаторов различных трещин в материалах, но и запускать реакцию самостоятельного избавления от дефекта.