Copolymeer-sandwich verschiet van kleur bij externe prikkels

Aan het MIT (VS) is een polymeersandwich ontwikkeld die bij een verandering van relatieve vochtigheid of zoutconcentratie van kleur verandert. De uitvinding kan als basis dienen voor goedkope milieusensoren, zo schrijft de groep van prof. Edwin Thomas op de website van Nature Materials.

De polymeerfilm bestaat uit een blokcopolymeer van polystyreen en poly-2-vinylpyridine. De eerste component is glasachtig en hydrofoob, de tweede is een hydrofiele gel, en door zelfassemblage ontstaat automatisch iets dat lijkt op afwisselende laagjes van beide componenten. De kleur licht, die door dit materiaal wordt gereflecteerd, is afhankelijk van de dikte van de verschillende ‘lagen’ en hun onderlinge brekingsindex.

Wanner je vervolgens de stikstofatomen in het vinylpyridine een positieve lading geeft, ontstaat een polyelektrolyt die een extreme neiging heeft om te gaan zwellen wanneer er water bij komt. De positieve ladingen stoten elkaar immers af. Omdat de film bij elkaar wordt gehouden door de polystyreenlagen die ongevoelig zijn voor water, kan hij door dat zwellen alleen maar in dikte toenemen. Daarbij verandert de kleur van het gereflecteerde licht.

Spoelt er echter water met opgeloste zouten door de gel, dan worden de ingebouwde ladingen door die ionen van elkaar afgeschermd. Dat maakt de zwelling ongedaan: de film zakt in elkaar en krijgt zijn oude kleur terug.

De onderzoekers zijn er in geslaagd om de film zó gevoelig te maken dat hij een factor 10 in dikte kan toenemen. Daarbij verschuift de gereflecteerde golflengte met 575 procent.

De gel blijkt tevens gevoelig voor temperatuur en druk. Aan een versie die reageert op spanningsverschillen, wordt gewerkt.

bron: MIT