Сотрудники кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова представили простой и недорогой способ изготавливать композитные материалы, изменяющие цвет при механическом воздействии. Из сравнения свойств композитов на основе различных полимерных матриц сделаны выводы о применимости материалов для разнообразных практических задач. Работа поддержана грантом РНФ (22-13-00055). Результат опубликован в журнале Polymer.
Механочувствительные материалы способны изменять свойства в ответ на механическое воздействие. Измениться может цвет материала, его прозрачность, флуоресцентные характеристики и многое другое. Такие пленки и изделия могут быть использованы для создания датчиков напряжения и деформации, защиты документов и ценных бумаг от подделок и для других интерактивных устройств.
«Недавно в нашей лаборатории были разработаны новые механочувствительные композиты, — рассказал автор исследования, сотрудник кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ Николай Баленко. — По сравнению с ранее полученными в разных лабораториях аналогами их проще и дешевле изготовить. В качестве чувствительного к механическому воздействию компонента мы используем холестерический жидкий кристалл, а способность сохранять форму и деформироваться придает эластичная полимерная матрица».
Структуру холестерического жидкого кристалла можно представить в виде слоеного пирога. В каждом «слое» палочкообразные молекулы располагаются в одной плоскости и направлены преимущественно в одну сторону. Молекулы последующего «слоя» повернуты по отношению к предыдущему на очень маленький угол. Таким образом формируется закрученная спиральная структура.
«Благодаря такой структуре холестерики обладают уникальными оптическими свойствами, — пояснил Николай Баленко. — Они способны отражать свет с длиной волны, пропорциональной расстоянию, за которое "слои" делают полный оборот, то есть шагу спирали. В наших композитах шаг спирали меняется при их механической деформации, что вызывает изменение цвета образца».
Чтобы механическое воздействие на образец вызвало изменение структуры холестерических жидких кристаллов, необходимо использовать мягкие и эластичные полимерные матрицы. Также матрица должна быть прозрачной, чтобы не препятствовать отражению света холестериком, и не растворяться в нем.
«Мы сравнили механооптические свойства композитов, важные для оценки эксплуатационных характеристик, на основе трех полимерных матриц, в которых были распределены капли одного и того же холестерического жидкого кристалла, — объяснил Николай Баленко. — И выяснили, что наиболее перспективны для практического использования полиуретановые композиты. Их дешево и просто изготовить, они обладают наилучшими свойствами и максимальным механооптическим откликом».
В будущем авторы модифицируют состав композитов для достижения дополнительных свойств. Ученые планируют получить светочувствительные и люминесцентные материалы введением в жидкий кристалл фотохромных соединений и флуоресцентных красителей, а также научиться регулировать амплитуду оптического отклика, спектрального сдвига, разработать подходы к получению композитных пленок с необратимым механоиндуцированным изменением цвета.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
