Innowacyjny materiał zrewolucjonizuje branżę budowlaną? Sukces polskich naukowców

Badacze z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz z Japonii i Indii opracowali inteligentny materiał, który zmianą barwy reaguje na siłę czy naprężenia. Według autorów wynalazek mógłby przyczynić się np. do zapobiegania katastrofom budowlanym.

Budowa mostu, zdjęcie ilustracyjne

Shutterstock/New Punisher

Jak poinformowała w czwartek AGH, materiał w normalnych warunkach świeci na zielonożółto, a kiedy zostaje obciążony, zmienia kolor na czerwony. Cały proces jest odwracalny – wystarczy dodać rozpuszczalnik, a materiał wraca do pierwotnego stanu. Prace krakowskich naukowców miały kluczową rolę w projekcie. Zespół prof. Konrada Szaciłowskiego opracował modele teoretyczne, które pozwoliły wyjaśnić mechanizm działania materiału i zrozumieć, co sprawia, że zmiana barwy jest tak wyraźna i powtarzalna.

"To właśnie połączenie kompetencji – syntezy w Japonii, spektroskopii w Indiach i modelowania molekularnego w Polsce – sprawiło, że udało się stworzyć coś, co może mieć realny potencjał wdrożeniowy" – podała AGH w czwartkowym komunikacie. Uczelnia przekazała, że nowy materiał należy do jednej z unikatowych grup materiałów inteligentnych - materiałów mechanochromowych, czyli materiałów zmieniających barwę pod wpływem oddziaływań mechanicznych. Zespół naukowców z Indii, Japonii i Polski w artykule zatytułowanym Mechanochromism and aggregation-induced emission in a fluorene-fumaronitrile-based molecular system: The influence of supramolecular control on donor-acceptor interactions opublikowanym w czasopiśmie "Journal od Luminescence" opisują opracowany i przebadany przez nich materiał, który pod wpływem wzrostu naprężenia zmienia swoją barwę z zielonożółtej na czerwoną.

Kolor może pokazać naprężenia w moście

Zdaniem naukowców materiał mógłby się przyczynić do uniknięcia niektórych katastrof budowlanych – wystarczyłoby śledzić naprężenia w strukturze budynków i odpowiednio wcześnie reagować na ich zmiany. Np. kolor farby na moście mógłby zmieniać się wraz ze zmianą naprężenia w jego strukturze. Dotychczas – jak przekazała uczelnia - nie wprowadzono jednak rozwiązań, które pozwalałyby monitorować naprężenia w czasie rzeczywistym.

Prof. Konrad Szaciłowski wyjaśnił, w jaki sposób działa wynalazek. Związek, składający się na materiał, zawiera bardzo miękkie kryształy i nawet niewielka siła może wywołać deformację tych kryształów. Naukowiec porównał cząstki do klucza od zamka.

- Każda cząsteczka zawiera jeden zamek i dwa klucze lub odwrotnie, czyli jest zbudowana z kilku modułów, które wzajemnie do siebie pasują i są rozseparowane. W krysztale mamy taką sytuację, że "zamek" z jednej cząsteczki pasuje do "klucza" z drugiej. Dzięki temu oddziaływaniu powstaje materiał o konkretnej barwie. Dodatkowo, charakteryzuje się on silną luminescencją, a więc wzbudzony ultrafioletem emituje światło barwy zielonożółtej. Kiedy dochodzi do mechanicznego uszkodzenia kryształów, cząsteczki przesuwają się względem siebie, a oddziaływania ulegają zniszczeniu. Powstają za to inne, a ich pojawienie się sprawia, że barwa zmienia się z żółtozielonej na czerwoną – opisał profesor.

- Ten system może być znacznie czulszy i przede wszystkim znacznie tańszy w użyciu, niż zaawansowane czujniki elektroniczne, bo do zrobienia takiego czujnika potrzebujemy miligrama związku, który jest w miarę tani i chociaż będzie działał w sensorze jednorazowo, to jest łatwy do wymiany - wyjaśnia prof. Szaciłowski.

PAP/AGH/pg