Un nuovo meccanoforo durevole, selettivo e altamente affidabile apre scenari inediti per la sicurezza dei materiali avanzati. Un team di ricercatori dell’Institute of Science di Tokyo ha infatti messo a punto una struttura molecolare innovativa in grado di segnalare danni meccanici reali attraverso un’emissione luminosa, evitando al contempo i falsi allarmi causati da calore o radiazioni ultraviolette.
La scoperta, pubblicata sul Journal of the American Chemical Society, rappresenta un passo decisivo nello sviluppo di polimeri intelligenti auto-segnalanti, destinati ad applicazioni critiche nei settori dell’edilizia, dei trasporti e dell’elettronica avanzata.
Meccanofori: sensori molecolari per la sicurezza dei materiali
I polimeri ad alte prestazioni sono onnipresenti nella vita moderna: dai componenti aeronautici alle infrastrutture, fino ai dispositivi elettronici. Il problema principale è che i danni meccanici iniziano spesso a livello molecolare, risultando invisibili fino al cedimento improvviso del materiale.
Per rispondere a questa sfida, la ricerca sui meccanofori – molecole capaci di reagire chimicamente alle sollecitazioni meccaniche – si è intensificata negli ultimi anni. Tuttavia, la maggior parte dei meccanofori convenzionali soffre di un limite strutturale: l’eccessiva sensibilità a calore e luce UV, che ne riduce l’affidabilità in condizioni reali di utilizzo.
DAANAC: un meccanoforo robusto e selettivo
Il gruppo guidato dal professor Hideyuki Otsuka ha superato questo limite sviluppando DAANAC (estere diarilacetonitrile-α-carbossilico), un meccanoforo di nuova generazione progettato tramite chimica computazionale avanzata e simulazioni meccanochimiche basate sulla teoria del funzionale della densità (DFT).
La struttura di DAANAC combina:
- un radicale diarilacetonitrile fluorescente e stabile,
- un radicale alcossicarbonilico che sopprime la fluorescenza finché il legame resta intatto.
Il risultato è un legame covalente sufficientemente forte da resistere a stress ambientali, ma selettivamente sensibile alla forza meccanica.
Stabilità termica e fotochimica senza precedenti
I test sperimentali hanno confermato prestazioni di assoluto rilievo:
- stabilità termica oltre i 200 °C,
- inerzia fotochimica anche dopo esposizione prolungata ai raggi UV,
- attivazione esclusiva sotto sollecitazione meccanica.
Quando integrato in polimeri lineari e reticolati, DAANAC si attiva solo in presenza di forze reali – come stiramento o frattura – producendo un chiaro segnale fluorescente giallo, facilmente rilevabile.
Un aspetto cruciale è che l’inclusione del meccanoforo non compromette la resistenza né la stabilità del polimero, rendendo il materiale pienamente compatibile con applicazioni industriali.
Verso materiali intelligenti e auto-diagnostici
“I nostri risultati dimostrano che DAANAC colma il divario tra reattività alla forza e robustezza strutturale”, spiega Otsuka. La ricerca introduce un nuovo paradigma di progettazione per materiali strutturali intelligenti: stabili durante l’uso quotidiano, ma capaci di emettere segnali di allerta precoce prima di guasti catastrofici.
Le applicazioni potenziali includono:
- componenti per trasporti e aerospazio,
- infrastrutture critiche e materiali edilizi avanzati,
- elettronica e dispositivi smart di nuova generazione.
Materiali che, in futuro, potrebbero “dire” quando stanno per rompersi, migliorando sicurezza, manutenzione predittiva e durata operativa.
Riferimento scientifico
Autori: Yuto Uchida, Hajime Sugita, Akira Takahashi, Hideyuki Otsuka
Titolo: A Thermally and Photochemically Stable Radical-Type Fluorescent Mechanophore for Durable Mechanoresponsive Polymers
Rivista: Journal of the American Chemical Society
DOI: 10.1021/jacs.5c15553
Affiliazioni:
– Department of Chemical Science and Engineering, Institute of Science di Tokyo
– Autonomous Systems Materials Research Center (ASMat), Institute of Science di Tokyo
