Os sensores de tensão são ferramentas importantes para avaliar a robustez de um material que enfrenta fortes forças mecânicas. Pesquisadores OIST acabam de publicar em Materiais avançados um artigo relatando um novo tipo de moléculas sensoras que se iluminam quando o material ao qual são incorporadas sofre forte estresse mecânico.

Essas moléculas de detecção à base de luz, também chamados de mecanóforos fotoluminescentes, não são novos, mas os aplicativos atualmente disponíveis são apenas de uso único. Eles normalmente envolveriam uma grande força - compressão, torcer ou esticar, por exemplo - quebrar uma ligação química específica entre dois átomos ou separar irreversivelmente dois padrões moleculares na molécula de detecção, alterar o comprimento de onda - e, portanto, a cor - da luz emitida pelo mecanóforo. Uma vez que essas moléculas mudaram radicalmente sua estrutura em resposta a esta força, é extremamente difícil voltar à situação inicial. Embora esses mecanóforos sejam úteis para entender as propriedades mecânicas de um item ou material, eles não são adequados para exposições repetidas a esforços mecânicos.

Para superar esse problema, Dr. Georgy Filonenko e Prof. Julia Khusnutdinova da Unidade de Química e Catálise de Coordenação projetaram um mecanóforo fotoluminescente que retém suas propriedades ao longo do tempo e sob repetidas incidências de estresse mecânico. Os pesquisadores incorporaram a molécula sensível ao estresse em um material polimérico comum chamado poliuretano, amplamente utilizado para itens de uso diário, de colchões e almofadas a barcos infláveis, interiores de carros, cola para marcenaria e até spandex.

Os cientistas então esticaram o material resultante com força crescente, desencadeando um brilho correspondentemente mais brilhante sob uma luz ultravioleta. A reação acontece em centenas de milissegundos, resultando em um aumento de até duas vezes na intensidade da luminescência. Quando a tração mecânica para, o material de polímero e o mecanóforo reverter para sua posição inicial, diminuindo a leitura de luz. Isso é crítico, pois permite aplicações repetidas de força mecânica.

Este novo mecanóforo é um composto fotoluminescente de um trabalho publicado recentemente pelo Dr. Filonenko e pelo Prof. Khusnutdinova. Apesar de sua estrutura muito simples, o composto é extremamente sensível ao ambiente físico, o que tem um impacto direto na cor visível a olho nu sob a luz ultravioleta. Essas moléculas foram incorporadas diretamente nos padrões repetidos do material polimérico.

A alta mobilidade das moléculas de mecanóforo no polímero foi considerada a chave para o desempenho do sensor. À medida que os mecanóforos se moviam rapidamente na amostra de polímero relaxada, o brilho da emissão era baixo devido a esses movimentos moleculares impedindo o mecanóforo de emitir luz. Contudo, submeter o material à força mecânica efetivamente desacelerou os movimentos da cadeia de polímero, permitindo que o mecanóforo emita luz com mais eficiência.

"Nosso material mostra como uma força macroscópica, tão básico quanto esticar um fio flexível de material, pode desencadear com eficiência mudanças microscópicas até moléculas isoladas, "comentou o Dr. Filonenko.