Materiał, który wie co robić. Odkrycie naukowców z Krakowa
Międzynarodowy zespół naukowców z udziałem badaczy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie opracował innowacyjny inteligentny materiał, który pod wpływem naprężenia mechanicznego zmienia swoją barwę z zielonożółtej na czerwoną.
Odkrycie to otwiera nowe perspektywy dla rozwoju technologii bezpieczeństwa w budownictwie, przemyśle i inżynierii materiałowej.
Inteligentne materiały to substancje, które reagują na zmiany w otoczeniu w sposób przewidywalny i kontrolowany. Dzięki temu znajdują coraz szersze zastosowanie – od nowoczesnych tekstyliów reagujących na temperaturę ciała po czujniki w medycynie, elektronice czy robotyce. Szczególną grupę stanowią materiały mechanochromowe, czyli takie, które zmieniają barwę pod wpływem działania siły mechanicznej.
Badany przez międzynarodowy zespół związek wykazuje właśnie takie właściwości, gdyż jego kryształy są wyjątkowo miękkie i reagują na najmniejsze deformacje. Pod wpływem naprężenia struktura kryształów ulega przeorganizowaniu, co prowadzi do zmiany koloru z zielonożółtego na czerwony. Co istotne, proces ten jest całkowicie odwracalny – po dodaniu niewielkiej ilości rozpuszczalnika organicznego cząsteczki wracają do pierwotnego ułożenia, a materiał odzyskuje początkową barwę. Takie zachowanie sprawia, że opracowany materiał może pełnić funkcję niezwykle czułego i taniego sensora.
Ze względu na swoją wysoką czułość, materiał może zostać wykorzystany do tworzenia farb ostrzegawczych reagujących na obecność toksycznych oparów lub zmiany naprężenia. W praktyce umożliwiłoby to natychmiastowe wykrywanie niebezpiecznych warunków w laboratoriach, zakładach przemysłowych czy magazynach chemicznych – zmiana barwy materiału informowałaby użytkowników o zagrożeniu bez konieczności stosowania kosztownych czujników elektronicznych. Potencjał zastosowań tego odkrycia jest jednak znacznie szerszy.
Właściwości mechanochromowe materiału mogą zostać wykorzystane w budownictwie i inżynierii do monitorowania naprężeń w konstrukcjach. Pokrycie nim elementów nośnych – takich jak przęsła mostów, kolumny czy dźwigary – umożliwiłoby wizualne wykrycie niebezpiecznych deformacji na długo przed wystąpieniem awarii. Zmiana barwy mogłaby służyć jako prosty i niezawodny sygnał ostrzegawczy, pozwalający na natychmiastową reakcję służb technicznych i zapobieganie katastrofom budowlanym.
Badania nad materiałem były możliwe dzięki ścisłej współpracy zespołów z trzech krajów – Polski, Japonii i Indii. Japońscy naukowcy opracowali syntezę związku, badacze z Indii przeprowadzili pomiary spektroskopowe, a krakowscy specjaliści – pod kierunkiem prof. Konrada Szaciłowskiego – opracował teoretyczny model wyjaśniający mechanizm zmiany barwy na poziomie molekularnym. Tak interdyscyplinarne i międzynarodowe podejście pozwoliło na pełne zrozumienie właściwości materiału i potwierdzenie jego potencjału aplikacyjnego.
Odkrycie to stanowi ważny krok w kierunku rozwoju nowej generacji inteligentnych materiałów, które mogą w przyszłości zwiększyć bezpieczeństwo infrastruktury, usprawnić kontrolę techniczną obiektów i przyczynić się do tworzenia bardziej niezawodnych systemów monitoringu w przemyśle i przestrzeni publicznej.
Źródło: Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Czytaj też: Polscy naukowcy badają cytyzynę. To przełomowy lek na uzależnienia od nikotyny
Grafika tytułowa: Indra Projects / Unsplash
