Quando la plastica sotto stress cambia colore

giovedì, 7 maggio, 2009 18:14

All'aumentare delle sollecitazioni, il materiale cambia colore (photo credit: D. Stevenson, A. Jerez, A. Hamilton e D. Davis)

Sotto sollecitazione, il materiale cambia colore (credit: D. Stevenson, A. Jerez, A. Hamilton e D. Davis)

La scienza dei materiali stupisce spesso grazie alle geniali intuizioni di alcuni ricercatori. Un team di esperti in materiali plastici, per esempio, ha da poco realizzato un tipo di plastica in grado di cambiare la propria colorazione quando viene sottoposta a uno stress meccanico. Quella che all’apparenza sembra un’invenzione poco utile, potrebbe invece rivelarsi estremamente importante per testare la resistenza di alcuni materiali e valutare grazie al cambiamento cromatico il loro livello massimo di sopportazione a uno stress meccanico prima di rompersi.

Guidati da Jeffrey Moore e Nancy Sottos (University of Illinois – USA), i ricercatori hanno lavorato sodo per rendere i polimeri (gli aggregati di molecole che uniti insieme formano per esempio la plastica) in grado di percepire e rispondere alle sollecitazioni meccaniche. Un primo risultato fu ottenuto circa due anni fa, quando il team di ricerca riuscì a realizzare una catena di polimeri in grado di cambiare colore in seguito a uno stress meccanico, ma il sistema funzionava solamente in soluzione e non allo stato solido. I ricercatori avevano collocato al centro delle catene costituite dai polimeri alcune particolari molecole a forma di anello, battezzate meccanofori, in grado di far cambiare colore all’intero polimero in seguito a una sollecitazione meccanica.

Determinati a migliorare la loro scoperta, nel corso degli ultimi mesi i ricercatori hanno lavorato alacremente per realizzare un nuovo tipo di polimero solido. Il principale ostacolo da superare, raccontano Sottos e Moore su Nature, era quello di capire se una rottura di un qualsiasi anello nella catena di polimeri in cui erano stati inseriti i meccanofori potesse indurre il cambiamento cromatico o meno. Dopo numerosi tentativi, il team di ricerca ha infine ottenuto in un polimero allo stato solido i medesimi risultati già sperimentati un paio di anni fa in soluzione.

Il materiale da poco messo a punto sfrutta la trasduzione meccanochimica (ovvero l’attivazione di uno o più componenti chimici indotta meccanicamente) e potrebbe essere sfruttato per aumentare l’età dei materiali plastici e consentire una diagnosi più rapida sulla loro integrità. Differenti gradi di colorazione potrebbero infatti indicare la presenza di eccessive sollecitazioni a carico di un componente nell’ala di un aeroplano, per esempio, o in tutti quei componenti di plastica sottoposti a forti stress meccanici.

A differenza del metallo e del cemento, le cui deformazioni e microfratture forniscono spesso validi indizi sul loro stato di conservazione e di stress, la plastica non offre generalmente molti elementi per valutare la presenza di eccessive sollecitazioni meccaniche fino a quando non si rompe. L’impiego dei meccanofori potrebbe dunque aprire la strada a sistemi di diagnosi più accurati per analizzare lo stress cui sono sottoposti i materiali plastici e porvi se necessario rimedio prima di una loro definitiva rottura.

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