Небольшая трещина внутри металлического колеса привела к самой крупной железнодорожной катастрофе в современной Германии — крушению скоростного экспресса в 1998 году у Эшеде. Причина проста и печальна: при внешнем осмотре невозможно обнаружить внутреннее повреждение в металле. Вот почему учёные озадачились проблемой создания таких материалов, которые могли бы сами «подать знак» при возникновении «усталости».

Результатом кропотливого труда сотрудников Университета Христиана Альбрехта (Германия) и их коллег стало создание новых синтетических материалов, способных рапортовать излучением света о слишком сильном механическом стрессе. Подробности исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.

Рис. 1. Тетрапод оксида цинка (здесь и ниже иллюстрации Wiley-VCH).

Способность кристаллов оксида цинка, существующих в форме наноразмерных тетраподов, люминесцировать давно известна.

Новым и интересным открытием немецких исследователей стала обнаруженная ими зависимость характеристики люминесценции таких нанокристаллов от величины механической нагрузки. Немного поразмыслив над практической ценностью своего наблюдения, учёные пришли к выводу, что это свойство может пригодиться для заблаговременного обнаружения повреждений, происходящих в структуре композиционных материалов из-за механических перегрузок.

Для начала исследователи добавили тетраподы оксида цинка к силикону (полидиметилсилоксану) и изучили свойства нового продукта. Оказалось, что получившийся композит стал, с одной стороны, прочнее исходного силикона, а с другой — люминесцировал различными цветами при облучении УФ-светом, в зависимости от величины прикладываемой к материалу силы растяжения.

Рис. 2. Так проводился эксперимент по исследованию свойств нового силиконового композита: растяжение, облучение и регистрация люминесценции.

Так было показано, что наноразмерные кристаллы действительно способны подавать визуальные сигналы, предупреждающие о скором разрушении материала под действием механических нагрузок.

Композиционные полимерные материалы используются в самых разных областях, от внутричелюстных зубных имплантатов до космических кораблей. Они состоят из двух и более компонентов с различными свойствами. При желании можно создать материал, который будет лёгким, механически прочным и всё равно недорогим. По мнению немецких учёных,

нанокристаллы оксида цинка улучшат многие специфические композиты, особенно конструкционные, где повышенная прочность и стабильность жизненно важны.