Wat gebeurt er op moleculair niveau als een polymeer van vloeibaar naar vast gaat? Delftse onderzoekers Georgy Filonenko en Richard Janissen analyseerden de mechanochemische respons die optreedt wanneer een polymeer uithardt. Ze publiceerden hun resultaten op 12 december in JACS.

De onderzoekers gebruikten spiropyraan (SP), een mechanofoor, oftewel een molecuul dat licht uitzendt wanneer je er kracht op uitoefent. Spiropyraan verandert onder invloed van mechanische stress van kleurloos naar het fluorescente isomeer merocyanine (MC). Die switch blijkt in vast PMMA veel makkelijker te gaan. Door de interne stress in het polymeer verandert de activeringsenergie voor deze reversibele isomerisatie van 140 kJ/mol in een vloeibaar polymeer naar 70 kJ/mol in de vaste vorm.

Vervolgens gebruikten Filonenko en Janissen SP om de verdeling van de interne stress in PMMA op moleculair niveau te observeren. Ze combineerden spectroscopie met fluorescentie-imagingtechniek en ontwikkelden zo een relatief eenvoudige manier om lokale spanningen in vaste polymeren in beeld te brengen. Filonenko: ‘Ingenieurs hebben een praktische mindset. We hebben zelf de meetopstelling gebouwd, zodat we op een andere manier konden meten.’

Filonenko is assistent-professor materiaalkunde aan de TU Delft. Hij is chemicus, maar publiceerde eerder mechanische papers. ‘Dit onderzoek was eigenlijk een losstaand idee, iets wat helemaal niet bij een andere onderzoekslijn hoorde. Mijn Veni was net voorbij, dus ik kon rustig nadenken over wat ik daarna wilde onderzoeken. Dit onderzoek is gedreven door nieuwsgierigheid, niet door een mogelijke toepassing. Maar ik was blij verrast met de resultaten!’

Volgens Filonenko kunnen we meer met conventionele moleculen dan we denken. Hij heeft inmiddels zijn studenten aan het werk gezet. ‘Ik ben ervan overtuigd dat de meetmethode nog makkelijker kan, de vraag is alleen hoe. Daar mogen zij mee aan de slag.’