Forskare vid Institutet för industrivetenskap, del av University of Tokyo, och Yokohama City University har introducerat nya färgskiftande organiska kristaller som spontant återgår till sin ursprungliga form och nyans efter att ha blivit stressade, en egenskap som de kallar superelastokromism. Dessa material kan användas för att göra sensorer för skjuvkrafter för att övervaka platser som är känsliga för skador.

Möjligheten att visualisera krafter kan vara mycket användbar i många branscher, särskilt tung tillverkning och frakt. Till exempel, ett färgskiftande material som visar var balkar belastas skulle vara bra för byggföretag. Dock, sådana anordningar fungerar ofta en gång och måste bytas ut efter att ha sträckts ut. Material som studsar tillbaka efter att ha sträckts eller klämts, som en gummiboll, kallas elastiska. Men även dessa föremål kan drabbas av en permanent formförändring när de stressas för mycket, i en process som kallas plastisk deformation.

Nu, ett team har introducerat ett nytt organiskt material som ändrar färgen på dess emitterade fluorescens från grönt till rött under mekanisk påfrestning, och studsar direkt tillbaka till sin ursprungliga konfiguration när denna stress tas bort.

"Vi kallade den här egenskapen" superelastokromism "eftersom färgförändringarna beror på helt reversibel - det vill säga elastisk - förändringar i molekylernas arrangemang i materialet, " säger första författaren Toshiki Mutai.

Baserat på 7-klor-2-(2'-hydroxifenyl)imidazo[1, 2-a] pyridin (7Cl), kristallerna består av molekyler som kan existera i två distinkta konfigurationer. I båda staterna, en väteatom är kovalent bunden till en syreatom, och bara svagt lockad till en närliggande kväveatom.

När materialet kläms eller böjs, det molekylära arrangemanget växlar till den andra konfigurationen. Denna mekaniskt kontrollerade fasövergång ändrar våglängderna av ljus som molekylen kommer att avge som fluorescens när den exciteras av en extern UV-ljuskälla. Förändringen är tydligt uppenbar för blotta ögat som en förändring i färg från neongrönt till rödaktigt orange.

"Kromatiska förändringar i sensorer är mycket önskvärda, eftersom de är lätta att se och tolka av människor, "säger seniorförfattaren Satoshi Takamizawa." Om mer exakta mätningar behövs, spektroskopi kan användas för att kvantifiera mängden stress."

Detta arbete kan hjälpa till att leda till ett brett utbud av "smarta" materialsensorer. Till exempel, en skulle kunna användas för att bestämma tidpunkten när mekanisk påkänning appliceras eller tas bort.