โมเลกุลเปลี่ยนเป็นสีแดงที่จุดแตกหัก

วันหนึ่งวิศวกรอาจไม่ต้องคาดเดาว่าสะพานกำลังจะพังเมื่อใด วัสดุใหม่ที่เปลี่ยนเป็นสีแดงเพื่อตอบสนองต่อความเสียหายอาจเป็นสัญญาณเตือนที่มองเห็นได้ของปัญหาที่จะเกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์รายงานในวารสารNature เมื่อวัน ที่ 7 พฤษภาคมรู้สึกได้ถึงความยืด โพลิเมอร์ที่ถูกแทงด้วยโมเลกุลที่เปลี่ยนสีจะเปลี่ยนเป็นสีแดงในวินาทีก่อนที่มันจะหัก วันหนึ่งเทคโนโลยีนี้อาจทำให้เห็นความเสียหายได้ง่ายในวันหนึ่ง

ดี. สตีเวนสัน, อ. เจเรซ, อ. แฮมิลตัน และดี. เดวิส

“ฉันคิดว่านี่อาจเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญ” คริสตอฟ เวเดอร์ นักเคมีโพลิเมอร์จาก Case Western Reserve University ในคลีฟแลนด์ และที่มหาวิทยาลัย Fribourg ในสวิตเซอร์แลนด์ ผู้เขียนคำอธิบายในวารสาร Nature ฉบับเดียวกัน กล่าว

ความสามารถที่เหมือนกิ้งก่าของวัสดุนั้นต้องขอบคุณโมเลกุลสี่วงขนาดเล็กที่เรียกว่ากลไก เมื่อพันธะที่อ่อนแอที่สุดใน Mechanophore แตกออก โมเลกุลจะสร้างรูปร่างคล้ายกระดูกสุนัข และปฏิกิริยาจะทำให้โมเลกุลมีสีแดง

“มันเป็นวิธีการตรวจจับที่ง่ายมาก” ผู้ร่วมวิจัย Nancy Sottos นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจากสถาบัน Beckman Institute for Advanced Science and Technology แห่งมหาวิทยาลัย Illinois at Urbana-Champaign กล่าว “เรากำลังเปิดพันธนาการนี้ และมันก็เปลี่ยนสี”

แต่โมเลกุลที่เปลี่ยนสีได้ขนาดเล็กนั้นไม่ได้มีประโยชน์ในตัวเองมากนัก เธอกล่าว “การใช้แรงกับสิ่งเล็กๆ นั้นทำได้ยาก เราจึงติดมันเข้ากับกระดูกสันหลังของโพลิเมอร์ขนาดยาว นั่นคือเคล็ดลับ”

Sottos และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ผสมพอลิเมอร์สองชนิดเข้าด้วยกัน ได้แก่ โพลีเมอร์ที่ยืดได้และอ่อนนุ่มและแข็งคล้ายแก้ว ด้วยโมเลกุล ทีมงานได้ทดสอบวัสดุชิ้นแรก ซึ่งยืดได้พอๆ กับตุ๊กตาสเตรชอาร์มสตรอง โดยดึงจนขาด สีแดงสดปรากฏขึ้นไม่กี่วินาทีก่อนที่วัสดุจะหัก 

ซึ่งบ่งชี้ว่าโมเลกุลทำหน้าที่เป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าว่าวัสดุได้รับความเสียหาย 

ในการทดสอบอื่น นักวิจัยได้เลียนแบบความเครียดที่เกิดขึ้นซ้ำๆ โดยการยืดและคลายโพลิเมอร์ที่อ่อนนุ่มซ้ำๆ “หลังจากผ่านไปสองสามรอบ เราก็ได้สีที่เปลี่ยนไปอย่างยอดเยี่ยมในวัสดุโดยที่วัสดุไม่แตกหัก” Sottos กล่าว

เม็ดบีดแข็งคล้ายแก้วของโพลิเมอร์ตัวที่สองยังเปลี่ยนสีเมื่อบีดถูกบีบ ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนสีเกิดจากแรงทางกลอย่างแท้จริง

ตั้งแต่ดาราศาสตร์ไปจนถึงสัตววิทยา

สมัครรับข้อมูลข่าววิทยาศาสตร์เพื่อสนองความกระหายใคร่รู้ของคุณสำหรับความรู้สากล

ติดตาม

นักวิจัยคนอื่น ๆ ได้ทำกลเม็ดเรียบร้อยกับโมเลกุลที่เปลี่ยนสี แต่ไม่เคยมีมาก่อนในของแข็ง Weder กล่าว “คำถามคือคุณทำสิ่งนี้ในวัสดุเนื้อดีได้หรือไม่? และนี่คือสิ่งที่พวกเขาได้ทำ”

Sottos กล่าวว่าในที่สุดวัสดุนี้สามารถนำมาใช้ทำวัตถุที่เป็นของแข็งได้ เช่น ล้อโรลเลอร์เบลด ฟิล์มบาง ๆ เช่น การเคลือบสี หรือแม้แต่เส้นใยบาง ๆ ที่อาจเปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่อเกิดการเสียรูปเล็ก ๆ

ทีมงานยังทำงานเกี่ยวกับคุณสมบัติอื่นของกลไก: การรักษาตัวเอง การส่องแสงจ้าบนโมเลกุลจะกระตุ้นพันธะที่แตกสลายให้ก่อตัวขึ้นใหม่ ซึ่งจุดนั้นคำเตือนสีแดงจะหายไป

แต่ความสามารถในการรักษานี้ทำให้เกิดปัญหาใหม่ หากแสงสามารถทำให้โมเลกุลสูญเสียสีแดงได้ สีก็จะไม่ใช่ตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้ของความเสียหายต่อวัสดุโดยรวม Weder กล่าว

“นี่เป็นกระดาษพิสูจน์แนวคิดจริงๆ” เขากล่าว “ก่อนที่จะสามารถใช้วัสดุเป็นเซ็นเซอร์วัดแรงเชิงกลได้ มีปัญหาในทางปฏิบัติที่ต้องได้รับการแก้ไข” รวมถึงวิธีที่แสงอาจรบกวนสัญญาณที่ต้องการ และการเปลี่ยนสีอาจเกิดขึ้นอย่างถาวรได้อย่างไร

เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>> เว็บสล็อตแท้