Hacer visibles las tensiones en plásticos y componentes

Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Chemnitz desarrolla tintes que indican continuamente las tensiones y su resistencia en plásticos y componentes mediante el cambio de color

05.08.2021 - Alemania

Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Michael Sommer, titular de la cátedra de química de polímeros de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, y el PD Dr. Michael Walter, jefe de proyecto del grupo de excelencia Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) de la Universidad Albert Ludwig de Friburgo, ha logrado construir una nueva molécula colorante del campo de los llamados "mecanóforos".

Gracias a esta molécula, las tensiones de los componentes pueden indicarse continuamente mediante cambios de color en función de su fuerza. El concepto de estos tintes no es nuevo, pero los mecanóforos anteriores sólo podían indicar la presencia o ausencia de tensiones en los plásticos. La investigación actual añade ahora la dimensión de la fuerza real de la tensión. Esto aporta grandes ventajas allí donde es importante tener una visión general de la tensión y, por tanto, también de la integridad del material en todo momento. El equipo de investigación está ahora un paso más cerca de desarrollar esta forma eficaz de análisis de daños y llevarla a la aplicación práctica.

Los resultados del estudio se han publicado en "Nature Communications".

La "pluma" molecular muestra la fuerza de la tensión en términos de color

Como informan los investigadores en su publicación, al combinar un colorante de diseño molecular con un plástico adecuado y, sobre todo, no frágil, se pueden transferir las fuerzas macroscópicas a la escala molecular. Estas fuerzas actuantes pueden ser, por ejemplo, la presión o la tensión externas.

Así, la molécula de colorante "siente" la fuerza que actúa dentro del plástico y sigue indicando los cambios de fuerza a través de los cambios de color. Si la fuerza sobre el plástico disminuye, la molécula de colorante vuelve a su estado original. Por eso este colorante también se llama "muelle molecular": se estira y luego "salta" a su estado original.
En comparación con los interruptores moleculares existentes que pueden indicar las fuerzas en los plásticos cambiando de color, las ventajas aquí radican claramente en el mapeo continuo de las fuerzas de diferentes tamaños, así como en el comportamiento de resorte de la molécula, que por lo tanto puede utilizarse una y otra vez.

Mejores propiedades mecánicas: mejor comprensión y aplicación de la amortiguación

"Se trata de un gran paso hacia la visualización directa de las tensiones externas y las tensiones residuales de los plásticos con una analítica sencilla, lo que puede ser muy beneficioso para el desarrollo posterior de materiales con propiedades mecánicas mejoradas o en el campo de la impresión 3D", resume el Prof. Dr. Michael Sommer.

Pero también podría facilitar la investigación de las propiedades de amortiguación de materiales especiales y también de sistemas naturales: Por ejemplo, hay frutos grandes y pesados que caen de los árboles desde gran altura pero sobreviven a la caída sin sufrir daños. La naturaleza sirve aquí de modelo y los resortes moleculares podrían ayudar a comprender e imitar mejor estos sistemas.

Por lo tanto, los esfuerzos futuros se centrarán en adaptar los muelles de fuerza molecular para su uso en diferentes plásticos. Para ello será necesario cooperar con otros grupos de investigación y utilizar métodos informáticos.

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