Исследование, известное как mechanophore, могло ускорить тестирование продукта и потенциально уменьшить количество времени и материалы, необходимые для развития многих видов новых соединений.Команда NIST создала их исследование из краски, известной как родамин spirolactam (RS), который изменяется от темного государства до светлого государства в реакции на приложенную силу. В этом эксперименте молекула была присоединена к шелковым волокнам, содержавшим в основанном на эпоксидной смоле соединении.
Поскольку все больше силы было применено к соединению, напряжение и напряжение активировали RS, заставив его флюоресцировать, когда взволновано с лазером. Хотя изменение не было видимо невооруженным глазом, красный лазер и микроскоп, построенный и разработанный NIST, использовались, чтобы сделать фотографии в соединении, показывая каникулы даже большей части минуты и трещины в ее интерьер, и показывая пункты, где волокно сломалось.
Результаты были изданы сегодня в журнале Advanced Materials Interfaces.Материалы, используемые в дизайне соединений, разнообразны.
По своей природе соединения, такие как раковина краба или клык слона (кость) сделаны из белков и полисахаридов. В этом исследовании эпоксидная смола была объединена с шелковыми нитями, подготовленными группой профессора Фрица Воллрэта в Оксфордском университете, используя Тутового шелкопряда mori шелковые черви. Соединения волокна-reinforcedpolymer, такие как то, используемое в этом исследовании, объединяют самые выгодные аспекты главных компонентов – прочность волокна и крутизна полимера. Что имеют все соединения, вместе, тем не менее, присутствие интерфейса, где компоненты встречаются.
Упругость того интерфейса очень важна для способности соединения противостоять повреждению. Интерфейсы, которые являются тонкими, но гибкие, часто одобряются проектировщиками и производителями, но это очень сложно, чтобы измерить межфазовые свойства в соединении.«Долго были способы измерить макроскопические свойства соединений», сказал исследователь Джеффри Джилмен, который возглавил команду, делающую работу над NIST. «Но в течение многих десятилетий проблема состояла в том, чтобы определить то, что происходило внутри в интерфейсе».Один выбор – оптическое отображение.
Однако обычные методы для оптического отображения только в состоянии сделать запись изображений в весах всего 200-400 миллимикронов. Некоторые интерфейсы составляют только 10 – 100 миллимикронов в толщине, делая такие методы несколько неэффективными для отображения межфаза в соединениях. Устанавливая исследование RS в интерфейсе, исследователи смогли «видеть» повреждение исключительно в интерфейсе, используя оптическую микроскопию.Исследовательская группа NIST планирует расширить их исследование, чтобы исследовать, как такие исследования могли использоваться в других видах соединений также.
Они также хотели бы использовать такие датчики, чтобы увеличить способность этих соединений противостоять чрезвычайному холоду и теплу. Есть огромный спрос на соединения, которые могут противостоять длительному воздействию, чтобы оросить, также, специально для использования в строительстве большего количества эластичных компонентов инфраструктуры, таких как мосты и гигантские лезвия для ветряных двигателей.Исследовательская группа планирует продолжить искать больше способов, которыми датчики повреждения, такие как тот в этом исследовании могли использоваться, чтобы улучшить стандарты для существующих соединений и создать новые стандарты для соединений будущего, гарантируя, что те материалы безопасны, сильны и надежны.
«У нас теперь есть датчик повреждения, чтобы помочь оптимизировать соединение для различных заявлений», заявил Джилмэн. «Если Вы делаете попытку конструктивного изменения, Вы можете выяснить, если изменение Вы сделали улучшенным интерфейс соединения или ослабили его».