Химиците отдавна са се научили да използват молекулите на диоксетаните за получаване на светлина. Под въздействието на топлината или механична сила молекулярните връзки в тях се разкъсват, излъчвайки светлина. Американските изследователи установиха, че в зависимост от вида на въздействието този процес протича по различен начин. Това откритие може да доведе до появата на интелигентни сензори, които светят, когато материалът достигне границата на якостта си.

Диоксетаните са клас органични молекули, чиято основа е пръстен от два атома кислород и два атома въглерод. Този пръстен е много нестабилен. Под въздействието на топлината или механична сила той се разкъсва, освобождавайки енергия, която се излъчва под формата на светлина. Именно този механизъм лежи в основата на биолуминесценцията на светулките, някои видове гъби и морския планктон, а също така се използва в производството на химически осветителни тела.

При нагряване диоксетаните се разграждат по определен ред: първо се разкъсват кислород-кислородните връзки, а след това по-здравите въглерод-въглеродните връзки. Дълго време се предполагаше, че при механичното разтягане на молекулата редът ще бъде същият, както при нагряване. Но компютърното моделиране показа обратното: силата, приложена към молекулата, първо разкъсва въглерод-въглеродната връзка. Това е все едно в напрегната верига първо да се скъса най-здравото звено.

Компютърното моделиране

При моделирането учените използваха квантово-механични модели, а за по-голяма нагледност — дори инженерно софтуерно обеспечение за изчисляване на напреженията в мостовите конструкции. Освен това те моделираха различни диоксетани и различни посоки на прилагане на силата — и навсякъде картината беше една и съща.

Разбирането къде точно започва разкъсването позволява да се настройват молекулите. Може, например, да се конструират диоксетани по такъв начин, че да започват да светят едва при надвишаване на определен праг на сила. Това дава възможност за създаване на сензори за напрежение: материалът, покрит с такива молекули, сам ще сигнализира със светлина, че е достигнал критичното натоварване. Това може да се окаже полезно при контрола на състоянието на мостове, самолети и импланти. Освен това, като се променят точките на прилагане на силата, може да се управлява цветът на излъчваната светлина.

Сега изследователите планират да проверят своите модели в реални експерименти — да синтезират различни видове диоксетани и да измерят спектъра на излъчването. Ако хипотезата се потвърди, ще получим не само нов инструмент за материалознанието, но и ключ към разгадаването на едно от най-красивите явления в природата — светлината, раждаща се от разрушението.

При редовна инспекция техническият персонал може бързо да сканира повърхностите с оптична камера или визуално, откривайки потенциално опасни участъци много преди да са възникнали видими структурни повреди.