O Dr. Edwin L. Thomas, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, e uma equipe de pesquisadores da Texas A&M University e da Yonsei University descobriram recentemente um defeito de forma helicoidal em polímeros em camadas, descobrindo como os solventes podem se difundir através das camadas e produzir mudanças de cor.
Esta pesquisa foi publicada recentemente na revista Science Advances.

Em alguns eletrônicos interativos humanos, como medidores de temperatura ou sensores de saúde, são usados ​​polímeros capazes de mudar de cor dependendo dos estímulos. Esse fenômeno é conhecido como cores estruturais interativas com estímulos porque o material reage e muda de cor devido a mudanças ambientais, como um solvente ou solução.

Um material que possui uma estrutura periódica unidimensional composta por duas camadas (A e B) atua como um cristal fotônico e pode refletir a luz de um determinado comprimento de onda (cor) dependendo da espessura de cada camada. A cor estrutural interativa com estímulos funciona alterando os cristais fotônicos usando estímulos ou forças externas. A espessura de cada camada de polímero afeta a cor da luz refletida:Se todas as camadas de um material tiverem a mesma espessura, uma única cor será refletida. Se diferentes partes do material forem compostas por pilhas de camadas, cada uma com uma espessura diferente, cada camada refletirá uma cor diferente e o material parecerá um material metálico normal, refletindo todas as cores.

Em alguns casos, um solvente preferencial é usado para intumescer uma das camadas de polímeros particulares, causando propositalmente mudanças de cor. Os pesquisadores notaram que as camadas esperadas estavam inchando nesses materiais. No entanto, não ficou claro como o solvente estava penetrando/atravessando as camadas que não inchavam para aquelas que deveriam inchar.

"Digamos que colocamos um solvente sobre várias camadas de polímeros A e B", disse Thomas. "A primeira camada A incha, a camada B não incha, mas a próxima camada A irá. Como a segunda camada de solvente A passa pela camada B? Percebemos que deve haver algo na estrutura geral do polímero que permite a passagem do solvente para as outras camadas."

Para entender o que estava ocorrendo dentro dos polímeros, os pesquisadores usaram um feixe de elétrons para desenvolver um tomograma – uma técnica de reconstrução que tira imagens bidimensionais muito finas de seções de objetos 3D para descobrir o que está dentro.

"Suponha que você tivesse um pão e quisesse saber se havia um buraco em algum lugar dentro do pão", disse Thomas. "Se você cortasse bem fino, acabaria acertando o buraco. Você continua cortando e então o buraco desaparece. Se você olhasse para todas as fatias, poderia entender exatamente onde estão os buracos. Esse processo é semelhante à ideia de um tomógrafo."

Usando esse método, os pesquisadores descobriram que dentro do material de cristal fotônico polimérico, deslocamentos helicoidais de parafuso (defeitos) estavam presentes, permitindo que o solvente cruzasse fácil e rapidamente para diferentes camadas, causando o inchaço e produzindo as mudanças de cor estruturais interativas com estímulos.

Normalmente, os defeitos estão associados a alta energia e são singulares (interrompendo abruptamente a periodicidade que ocorre em um local). Em contraste, os defeitos helicoidais são não singulares e formados espontaneamente – uma vantagem para os materiais.

"Este é um bom tipo de defeito que ajuda as propriedades e permite uma penetração rápida e eficiente no material com solvente e inchamento rápido. Se essas coisas não existissem, a única maneira de as camadas suarem seria pelas bordas", disse Thomas .

Como a cor estrutural interativa com estímulos apresenta um excelente potencial para dispositivos como sensores de saúde e eletrônica interativa humana, controlar o espaçamento lateral ou a quantidade de defeitos helicoidais pode ser um fator crítico em aplicações futuras.

"Esses defeitos produzem atualmente um efeito favorável, mas depende da aplicação", disse. "Nosso próximo desafio é decifrar como controlar o espaçamento e a quantidade desses defeitos e, por sua vez, ter mais controle sobre o tempo que o fluido leva para se mover pelas camadas. Entender esses defeitos é fundamental para aumentar o número de aplicações desse tecnologia pode ser usada." + Explorar mais

Revestimentos que mudam de cor acionados por mudanças de temperatura