Простой, недорогой способ изготовления композитных материалов, изменяющих цвет при механическом воздействии, представили специалисты кафедры высокомолекулярных соединений химфака МГУ, 4 декабря сообщает пресс-служба университета.

Исследование свойств новых композитов с основой из различных полимерных матриц показало их потенциальную применимость для использования в качестве датчиков в различных приложениях.

Механочувствительными называются материалы, свойства которых изменяются при приложении к ним механического воздействия. Это может быть изменение цвета, прозрачности, флуоресцентных характеристик и других свойств. Такие материалы можно использовать для создания датчиков напряжения и деформации, защиты от подделок документов и ценных бумаг и ряда других устройств.

Сотрудник кафедры высокомолекулярных соединений химфака МГУ Николай Баленко рассказал о проделанной их коллективом работе:

«Недавно в нашей лаборатории были разработаны новые механочувствительные композиты. 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 сравнить со слоеным пирогом, каждый слой которого состоит из палочкообразных молекул, расположенных в одной плоскости и направленных по преимуществу в одну сторону.

При этом молекулы каждого следующего слоя повернуты по отношению к молекулам предыдущего на очень маленький угол, формируя таким образом закрученную спиральную структуру.

«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».

Для передачи механического воздействия на холестерический жидкий кристалл его помещают в мягкую, эластичную полимерную матрицу, которая при этом должна быть прозрачной, чтобы пропускать отраженный холестериком свет, 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, — рассказал Николай Баленко о проведенных исследованиях. — И выяснили, что наиболее перспективны для практического использования полиуретановые композиты. Их дешево и просто изготовить, они обладают наилучшими свойствами и максимальным механооптическим откликом».

Результаты исследования предложенных методов создания новых композитов и их свойств представлены в статье «Механочувствительные полимердисперсные холестерические жидкокристаллические композиты на основе различных полимерных матриц», опубликованной в журнале Polymer.

В дальнейших исследованиях ученые намерены модифицировать состав композитов с целью получения дополнительных свойств, таких как светочувствительность и люминесцентность. Они предполагают добиться этого введением в жидкий кристалл фотохромных соединений и флуоресцентных красителей.

Кроме того, они хотят получить возможность регулировать амплитуду оптического отклика, спектрального сдвига, а также найти способы получать композитные пленки с необратимым механоиндуцированным изменением цвета.