Rødt lys til stress:En farveskiftende organisk krystal

Forskere ved Institut for Industrividenskab, del af University of Tokyo, og Yokohama City University har introduceret nye farveskiftende organiske krystaller, der spontant vender tilbage til deres oprindelige form og nuance efter at være blevet stresset, en egenskab de kalder superelastochromisme. Disse materialer kan bruges til at lave sensorer til forskydningskræfter til at overvåge steder, der er modtagelige for beskadigelse.

Evnen til at visualisere kræfter kan være meget nyttig i mange industrier, særlig tung fremstilling og forsendelse. For eksempel, et farveskiftende materiale, der viser, hvor bjælker belastes, ville være fantastisk for byggefirmaer. Imidlertid, sådanne anordninger fungerer ofte én gang og skal udskiftes efter at være blevet strakt. Materialer, der hopper tilbage efter at være blevet strakt eller klemt, som en gummibold, kaldes elastik. Men selv disse genstande kan lide en permanent formændring, når de er for meget stressede, i en proces kaldet plastisk deformation.

Nu, et hold har introduceret et nyt organisk materiale, der ændrer farven på dets udsendte fluorescens fra grøn til rød under mekanisk stress, og hopper lige tilbage til sin oprindelige konfiguration, når denne stress er fjernet.

"Vi kaldte denne egenskab 'superelastochromisme', fordi farveændringerne skyldes fuldstændig reversible - dvs. elastisk - ændringer i arrangementerne af molekyler i materialet, " siger førsteforfatter Toshiki Mutai.

Baseret på 7-chlor-2-(2'-hydroxyphenyl)imidazo[1, 2-a]pyridin (7Cl), krystallerne består af molekyler, der kan eksistere i to forskellige konfigurationer. I begge stater, et hydrogenatom er kovalent bundet til et oxygenatom, og kun svagt tiltrukket af et nærliggende nitrogenatom.

Når materialet klemmes eller bøjes, det molekylære arrangement skifter til den anden konfiguration. Denne mekanisk kontrollerede faseovergang ændrer bølgelængderne af lys, som molekylet vil udsende som fluorescens, når det exciteres af en ekstern UV-lyskilde. Ændringen er tydeligt synlig for det blotte øje som et farveskift fra neongrøn til rødlig orange.

"Kromatiske ændringer i sensorer er yderst ønskelige, fordi de let kan ses og fortolkes af mennesker, " siger seniorforfatter Satoshi Takamizawa. "Hvis mere præcise målinger er nødvendige, spektroskopi kan bruges til at kvantificere mængden af ​​stress."

Dette arbejde kan hjælpe ført til en bred vifte af "smarte" materialesensorer. For eksempel, en kunne bruges til at bestemme det tidspunkt, hvor mekanisk belastning påføres eller fjernes.