Mesurer optiquement les forces dans les plastiques
Des "ressorts moléculaires" fascinants : une équipe de recherche développe des colorants qui indiquent quantitativement les tensions dans les plastiques
Sous la direction du professeur Michael Sommer, titulaire de la chaire de chimie des polymères de l'université technique de Chemnitz, une équipe de recherche a réussi à construire différentes molécules de colorants issues du domaine des mécanophores et à les utiliser de manière à indiquer quantitativement les tensions moléculaires. À l'aide de telles molécules, les tensions des composants sont visibles par des changements de couleur en fonction de leur intensité.
La couleur de l'échantillon varie en fonction de la force. Ce sont les molécules de colorant de la zone des mécanophores qui sont responsables de ce phénomène et qui rendent visibles les tensions variables des composants par des changements de couleur.
Jacob Müller
Le concept de ces colorants n'est pas nouveau. Cependant, jusqu'à présent, les mécanophores ne pouvaient généralement qu'indiquer la présence ou l'absence de tensions dans les plastiques. La chaire de chimie des polymères développe toutefois depuis quelques années des ressorts de torsion moléculaires qui s'avèrent être une classe de mécanophores particulièrement adaptée et prometteuse. Les molécules de colorant "sentent" la force qui agit à l'intérieur d'un plastique et indiquent la contrainte mécanique par un changement de couleur. Lorsque la force exercée sur le plastique diminue, les molécules de colorant reviennent à leur état initial. C'est pourquoi ces colorants sont également appelés "ressorts moléculaires" - ils s'étirent et "sautent" ensuite à nouveau dans leur état initial.
Dans un travail antérieur à la chaire de chimie des polymères, il a déjà été possible de visualiser en continu les tensions mécaniques dans les matières plastiques et de déduire les forces moléculaires de la théorie. "Cela apporte de grands avantages partout où il est important de représenter en temps réel les contraintes dans les plastiques. Cette nouvelle forme d'analyse des dommages pourrait bientôt déboucher sur des applications pratiques", explique Sommer.
L'étalonnage de ressorts de torsion moléculaires permet une mesure quantitative des forces
Dans le travail de recherche actuel, publié dans la revue Angewandte Chemie, ce concept est développé par un étalonnage expérimental des forces. Ainsi, l'ampleur des forces dans différents plastiques peut être déterminée de manière optique. "Passer de la simple visualisation et des forces calculées théoriquement dans les plastiques à des forces directement déterminées expérimentalement est un grand pas", assure Sommer. Cela a été rendu possible par l'utilisation de mécanophores fonctionnant différemment, dont le comportement peut être comparé entre eux pour certaines tensions mécaniques. Il a ainsi été possible de déterminer des forces agissant au niveau moléculaire. Jusqu'à présent, ce sont surtout les forces de traction qui ont été étudiées. Il faut encore étudier dans quelle mesure les forces de compression externes, par exemple, peuvent être déterminées de manière fiable et quantitative.
De meilleures propriétés mécaniques, le vieillissement des plastiques et l'analyse des dommages
Les résultats constituent une large base pour une compréhension fondamentale encore meilleure des forces dans les matériaux polymères. D'autres expériences, menées dans le cadre d'un projet DFG récemment financé en collaboration avec les groupes de travail du Prof. Günter Reiter (physique des polymères) et de Priv.-Doz. Michael Walter (théorie) de l'Université Albert-Ludwigs de Fribourg, il est prévu d'étudier les répartitions microscopiques des forces dans différents plastiques et d'utiliser également des composants imprimés en 3D. "Jusqu'à présent, la visualisation des répartitions de forces résolues en temps et en lieu ne peut être modélisée que théoriquement. L'utilisation de ressorts de torsion offre ici des possibilités uniques pour des aperçus microscopiques qui pourraient révolutionner l'analyse du vieillissement et des dommages", explique Sommer.
Il se réjouit tout particulièrement de la très grande contribution scientifique personnelle du premier auteur, Raphael Hertel, qui a conçu et réalisé expérimentalement de grandes parties du travail en tant que doctorant au sein de la chaire de chimie des polymères. "C'est toujours un grand plaisir de voir quelqu'un du groupe de travail travailler de manière autonome sur des projets avec autant de succès", déclare Sommer.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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