In Eindhoven zijn polymeren ontwikkeld die licht geven wanneer er aan wordt getrokken. Verwerk zulke bouwstenen in een kunststof die mechanisch wordt belast en je kunt precies zien op welke plek het materiaal het eerst begint te scheuren, schrijven Rint Sijbesma en collega’s (Institute for Complex Molecular Systems, TU/e) in Nature Chemistry.

De bouwsteen die ze gebruiken is bis(adamantyl)-1,2-dioxetaan. Zoals de naam al zegt, zit daar een centrale vierring in met 2 koolstof- en 2 zuurstofatomen. Voor de experimenten werd deze bouwsteen ingebouwd in polymethylacrylaatketens. Bij PMA ligt de glasovergangstemperatuur rond de 6 graden Celsius; bij kamertemperatuur gedraagt het zich dus rubberachtig.

Bij mechanische belasting van het dioxetaan wordt zowel de binding tussen de 2 koolstofatomen als die tussen de 2 zuurstofatomen verbroken, zodat je 2 ketonen overhoudt. Wanneer die vervolgens van de aangeslagen toestand naar de grondtoestand terugvallen, zie je een blauwe flits. Breken er heel veel van die dioxetanen tegelijk, wordt dat blauw duidelijk zichtbaar.

Let wel: het is geen fluorescentie dus een externe lichtbron is niet nodig.

Door een klein beetje toe te voegen van een molecuul dat energie kan overnemen van zo’n aangeslagen keton, kun je het lichteffect versterken en bovendien de kleur veranderen. Met 4,7-di(thiofen-2-yl)benzo(c)([1,2,5)thiadiazool krijg je bijvoorbeeld geel licht. Andere toevoegingen leveren rood of groen op.

Opvallend genoeg blijk het alleen te werken bij rubberachtige polymeren. Koel je je PMA af tot beneden de glastemperatuur of vervang je het door PMMA (zeg maar perspex) waarvan de glastemperatuur zo’n 100 graden hoger ligt, dan zie je bij breuk geen lichteffecten meer. De onderzoekers vermoeden dat de polymeerketens in zo’n rigide kunststof te stevig vast zitten: bij mechanische overbelasting breekt niet meer de zwakste schakel (dus het dioxetaan) maar de schakel die toevallig het dichtste bij het begin van de scheur zit.

bron: TU/e, Nature Chemistry