Nylon, gomma, silicone, Teflon, PVC, questi sono tutti esempi di polimeri artificiali, lunghe catene di unità molecolari ripetute che chiamiamo monomeri. Mentre i polimeri esistono anche in natura (si pensi alla lana, seta, o anche capelli), l'invenzione dei polimeri sintetici, il più famoso dei quali è la plastica, rivoluzionato il settore. Leggero, elastico, flessibile, eppure forte e resistente, i polimeri sintetici sono uno dei materiali più versatili del pianeta, utilizzato in tutto, dall'abbigliamento all'edilizia, confezionamento e produzione di energia. Fin dall'inizio di questa nuova era nell'ingegneria dei materiali, comprendere l'influenza delle forze esterne sulla resistenza e sulla stabilità dei polimeri è stato fondamentale per valutarne le prestazioni.

Quando sottoposto a sollecitazioni meccaniche, vengono superati i legami deboli che tengono insieme alcune catene polimeriche, e uno inevitabilmente si rompe. Quando questo accade, un radicale libero (una molecola con un elettrone spaiato, che è naturalmente instabile e molto reattivo, chiamato "meccanoradicale" in questo caso). Stimando la quantità di meccanoradicali liberi prodotti, possiamo dedurre la resistenza di un materiale alla quantità di stress. Sebbene questo fenomeno sia ben documentato, gli scienziati hanno faticato a osservarlo a temperatura ambiente allo stato sfuso, perché i meccanoradicali prodotti per i polimeri sfusi non sono stabili a causa della loro elevata reattività verso l'ossigeno e altri agenti.

I ricercatori del Tokyo Institute of Technology guidati dal professor Hideyuki Otsuka hanno deciso di raccogliere la sfida. Nel loro studio pubblicato in Angewandte Chemie Edizione Internazionale , hanno usato una piccola molecola chiamata diarilacetonitrile (H-DAAN) per catturare i radicali liberi canaglia. "La nostra teoria era che H-DAAN avrebbe emesso una luce fluorescente distintiva quando reagiva con i radicali liberi, che potremmo quindi misurare per stimare l'entità della rottura del polimero, " spiega il prof Otsuka. "La teoria è semplice; maggiore è la forza esercitata sul polimero, più meccanoradicali vengono prodotti, e più reagiscono con H-DAAN. Questa velocità di reazione più elevata si traduce in una luce fluorescente più intensa, cambiamenti che possono essere facilmente misurati."

I ricercatori ora volevano vedere come avrebbe funzionato in pratica. Quando il polistirene (in presenza di H-DAAN) è stato sottoposto a stress meccanico tramite molatura, l'H-DAAN ha agito come scavenger di radicali per i meccanoradicali polimerici, e legato con loro per produrre "DAAN•, " che ha proprietà fluorescenti. Ciò ha causato la comparsa di una visibile fluorescenza gialla.

"Più importante, probabilmente, è la chiara correlazione che abbiamo trovato tra l'intensità della fluorescenza e la quantità di radicali DAAN generati dal polistirene macinato, come avevamo previsto, " riporta il Prof Otsuka. "Ciò significa che è possibile stimare la quantità di radicali DAAN generati nel sistema bulk semplicemente misurando l'intensità della fluorescenza".

Le implicazioni dei loro risultati sono di ampia portata:essendo in grado di quantificare visivamente come i materiali rispondono a diversi stimoli esterni, possono testare quanto siano adatti i polimeri per vari usi, a seconda dello stress meccanico che dovranno subire. Questo metodo potrebbe rivelarsi uno strumento prezioso per scienziati e ingegneri mentre si sforzano di migliorare le prestazioni e la specificità dei materiali.

Questa entusiasmante ricerca fa luce sulle risposte dei polimeri allo stress meccanico e illumina la strada da seguire nella ricerca dei meccanoradicali polimerici!