11 aug. 2025
1 minuut
Kunststoffen met een vier keer hogere weerstand tegen scheuren? Onderzoekers van MIT en Duke University hebben ze gevonden. Met behulp van kunstmatige intelligentie. En niet door te zoeken naar de sterkste verbindingen, maar juist naar de zwakste.
De onderzoekers hebben daarvoor een neuraal netwerk getraind op duizenden ferroceenvarianten – organometaalverbindingen met een ijzeratoom tussen twee koolstofringen. Aan die ringen kunnen verschillende chemische groepen worden toegevoegd, waardoor hun chemische en mechanische eigenschappen veranderen.
De ferroceenvarianten fungeren als crosslinkers en vallen onder een klasse moleculen die mechanoforen worden genoemd. Mechanoforen reageren op kracht door bijvoorbeeld van kleur of structuur te veranderen.
Zwakste schakel maakt sterker
In 2023 hebben onderzoekers ontdekt dat zwakke crosslinkers in een polymeer juist het geheel sterker maken. Scheuren volgen liever de zwakke verbindingen en dan moeten er meer bindingen worden verbroken voordat het materiaal het begeeft.
De geïdentificeerde crosslinker ferrocenen zijn tot nu toe nauwelijks onderzocht als mechanoforen. Normaal kost het weken om één mechanofore kandidaat te testen, maar het machine-learning-model versnelt dit proces.
Niet ontdekt zonder AI
Door gegevens uit de Cambridge Structural Database te combineren met simulaties van 400 verbindingen, hebben ze een neuraal netwerk getraind om de rest – ruim 11.000 moleculen – te voorspellen. Twee eigenschappen bleken de scheurweerstand te verhogen: interacties tussen de chemische groepen op de ringen, en grote, volumineuze groepen op beide ringen. Vooral het tweede kenmerk was onverwacht en zonder AI niet ontdekt.
Vier keer sterker
Uit de shortlist van honderd veelbelovende kandidaten werd m-TMS-Fc gekozen en in polyacrylaat verwerkt. Resultaat: een plastic dat tot vier keer sterker is dan met standaard ferroceen-crosslinkers. Sterker betekent een langere levensduur, minder vervanging en zo minder afval.
De volgende stap? Mechanoforen die ook van kleur veranderen of chemische reacties starten onder druk. Denk aan zelfdiagnostische materialen, slimme sensoren en zelfs gecontroleerde medicijnafgifte.
Het laatste nieuws
