Mecanóforos semelhantes a dobradiças para materiais poliméricos mais inteligentes

Em um passo em direção a materiais mais inteligentes, pesquisadores do Institute of Science Tóquio colaboraram com pesquisadores da Suíça para desenvolver uma molécula de dobradiça inteligente que pode indicar estresse mecânico em materiais poliméricos através da fluorescência.

Usando uma estrutura de (2.2) parachofano e dois luminóforos à base de pireno (compostos emissores de luz), a molécula desenvolvida exibe excelente sensor de tensão com alta durabilidade-oferecendo uma ferramenta poderosa para o monitoramento em tempo actual dos danos mecânicos.

Polímeros flexíveis como elastômeros são usados em todos os lugares – de almofadas em sapatos e móveis a pára -choques de carros e dispositivos médicos. No entanto, quando esses materiais sofrem excessivamente estresse mecânicoo dano geralmente começa no nível molecular muito antes de ser visível na superfície.

Avaliar esse dano é basic para garantir a durabilidade de tais materiais. Esse requisito impulsionou a invenção de mecanóforos mecanocrômicos – estruturas moleculares que podem responder a estímulos mecânicos com uma mudança na cor da luminescência.

Delving deeper into this, a bunch of researchers led by Affiliate Professor Yoshimitsu Sagara of the College of Supplies and Chemical Expertise, Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), Japan, and Professor Christoph Weder of the Adolphe Merkle Institute, College of Fribourg, Switzerland, have developed a brand new class of mechanochromic mechanophores for visualizing mechanical drive by skillfully using (2.2)paracyclophane.

As descobertas do sistema desenvolvido foram publicado on-line em Edição Internacional de Angewandte Chemie.

Tradicionalmente, a detecção mecânica baseia-se em grande parte do doping de corante formador de excimer ou da introdução de mecanóforos covalentemente cujos mecanismos de trabalho dependem da quebra de ligações covalentes.

Embora o doping de corante oferecesse detecção reversível, seu comportamento de responsabilidade mecânica dependia fortemente da natureza do polímero e das condições de processamento. Enquanto os mecanóforos covalentes indicam sinais no nível molecular, a clivagem de ligações covalentes o torna irreversível.

Para superar essas limitações, foram introduzidos mecanóforos supramoleculares. Essas moléculas exibem comportamento mecano-responsivo no nível molecular, mas com interações não covalentes.

“Muitos mecanóforos supramoleculares existem, mas alguns deles mostram sinalização ineficiente”, explica Sagara. “Nosso objetivo foi desenvolver um sistema que emite sinais mais eficientes e confiáveis em proporção direta ao estresse aplicado – e o faz reversivelmente”.

(2.2) O parachofano é um composto orgânico no qual dois anéis de benzeno são conectados por duas pontes de etileno nas posições do Para. A equipe usou (2.2) parachofano como espinha dorsal e introduziu dois grupos fluorescentes (corantes à base de pireno) para formar uma estrutura semelhante à dobradiça chamada PC-PY1.

Os dois corantes à base de pireno foram mantidos à força em estreita proximidade, permitindo uma formação eficiente de excimadores (dímeros de emissores formados quando duas moléculas se ligam em um estado excitado). Isso resultou em fluorescência amarela brilhante por excimadores. A estrutura foi então incorporada em elastômero flexível de poliuretano para análise.

Quando a força mecânica foi aplicada ao PC-PY1 através de cadeias poliméricas, os grupos fluorescentes se separaram, liberando a proximidade forçada. Essa alteração resulta em uma mudança de fluorescência, alterando a cor da fluorescência do amarelo (estado de excimer) para azul-verde (estado monômero).

“A mudança de cor da fluorescência não é apenas claramente visível aos olhos, mas também reversível. Além disso, rastreia de perto o estresse mecânico actual”, observa Sagara.

O fator -chave foi a rigidez estrutural do esqueleto molecular (2.2) paraciclofano. Quando versões mais flexíveis da molécula foram testadas, elas produziram mudanças de cor mais fracas.

Além disso, o movimento de dobradiça do sistema atuou como fonte do sinal, que foi confirmado por estudos mecânicos e espectroscópicos. Além disso, o mecanóforo suportou notavelmente mais de 50 ciclos de estresse e liberação – confirmando a durabilidade e a estabilidade do mecanismo da dobradiça.

O estudo marca um avanço significativo no projeto de mecanóforos supramoleculares. Ao alavancar o efeito de proximidade forçado do (2.2) parachofano, é possível incorporar grupos fluorescentes ou de extinção em interação fracamente em sistemas de manipulação mecânica – componentes anteriormente considerados inadequados.

Essa estratégia expande a flexibilidade do design e a diversidade foto-funcional de tais materiais, oferecendo uma nova e poderosa plataforma para visualizar a força mecânica.

As descobertas deste estudo não apenas aprofundam nossa compreensão dos mecanóforos, mas também abrem portas para várias aplicações práticas que variam de revestimentos de detecção de danos e eletrônicos flexíveis a tecnologias inteligentes para vestir.

Além disso, ao ajustar o projeto molecular, a estratégia pode utilizar ainda mais uma ampla gama de fluoróforos-abrindo caminho para a detecção de tensão personalizável da próxima geração.