Материал, чувствительный к давлению

Изобретение относится к полимерному материалу, обладающему оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки (давления), включающему полиуретановый эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий алифатический диизоцианат, полиол с концевым гидроксилом и фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные с превращением в удлиняющие цепь диолы, в котором мольное соотношение диолов и полиолов находится в диапазоне от приблизительно 10:1 до около 1:2, а фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из системы эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET). Настоящее изобретение также относится к раствору, содержащему указанный выше полимерный материал, а также к полимерному материалу, обладающему детектируемым откликом на изменение давления, включающему эластомер, содержащий полиакрилатный или силиконовый эластомер и фотохимическую систему, включающую определенное количество флуоресцентных молекул для зондирования расстояния, модифицированных для внедрения в указанный эластомер, выбранную из группы, состоящей из эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET), и к раствору содержащему такой полимерный материал. Задачей изобретения является создание материала, чувствительного к нагрузке (давлению), для которого чувствительность к присутствию кислорода была бы уменьшена. Поставленная задача решается тем, что для исключения зависимости от кислорода при определении чувствительности к давлению в материале используют фотохимическую систему, выбранную из группы, состоящей из эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET). Системы с данными фотохимическими системами обеспечивают получение быстрого отклика на изменение давления, кроме того, сжимаемость материала с такими системами является обратимой, в результате чего исключение зависимости от кислорода как фактора, вносящего вклад в детектирование изменений давления, обеспечивает достижение улучшенного времени отклика, а также повышает чувствительность при использовании материала. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к полимерному материалу, используемому при сборе количественных данных при измерении давления на поверхности. Более конкретно, изобретение относится к синтезу наноматериала, который демонстрирует оптически детектируемый отклик на изменения давления.

Описание уровня техники

В течение многих лет предпринимались попытки по сбору глобальных данных по давлению на поверхности при помощи оптических неинтрузивных методов. Диапазон методик, используемых для сбора этих данных, простирается от детектирования комбинационного рассеивания до материалов, обычно называемых красками, чувствительными к давлению. Традиционно краски, чувствительные к давлению, состоят из матрицы носителя, в которой инкапсулирован один представитель из широкого ассортимента хромофоров. Матрица носителя зачастую представляет собой полимерный материал, такой как полидиметилсилоксан (ПДМС), но использовались и другие материалы, такие как золь-гели. Типичные используемые хромофоры включают октаэтилпорфирин платины (PtOEP) и комплексы на основе рутения. Функциональность данных красок, чувствительных к давлению, зависит от динамического гашения люминесцентного излучения хромофора под действием кислорода. Для того чтобы проявилось данное динамическое гашение, матрица носителя должна допускать протекание диффузии кислорода по всей "краске" до достижения хромофоров. Одним примером приложения предшествующего уровня техники, требующего наличия диффузии кислорода, является патент США 5965632 автора Gouterman, где описывается использование краски, чувствительной к давлению, включающей связующее в виде акрилового и фторакрилового полимера. Краску, чувствительную к давлению, растворяют либо диспергируют в полимерной матрице. Краски светятся в присутствии молекулярного кислорода. Подобным же образом в заявке предшествующего уровня техники авторов Kelley et al. использованный материал, чувствительный к давлению, включает полимерный носитель и флуоресцентное соединение, присоединенное к полимерному носителю. Полимерный носитель обладает "каучукоподобными" характеристиками, но не является высокоэластичным эластомером. В дополнение к этому Kelley et al. фокусируют внимание на использовании полистирола вместо полиуретана и полиметакрилата, которому приданы высокоэластические свойства, поскольку он не содержит кислорода. В соответствии с этим одним из ограничений красок, чувствительных к давлению, предшествующего уровня техники является чувствительность к присутствию кислорода.

Динамическое гашение под действием кислорода описывается зависимостью, известной под названием зависимости Штерна-Фольмера. Данная зависимость между изменениями интенсивности люминесцентного излучения I и локальным парциальным давлением кислорода р_о выражается в виде I₀/I=А+В(р/р₀), где А=k_a/(k_a+k_qp₀) и В=k_qp₀/(k_a+k_qp₀). В данных уравнениях I₀ представляет интенсивность падающего возбуждающего света, k_a представляет собой характеристическую скорость дезактивации возбуждения в отсутствие кислорода, k_q представляет собой скорость гашения вследствие столкновений с кислородом, а р представляет собой локальное давление. В дополнение к этому А+В=1. Типичное графическое представление зависимости между изменениями интенсивности люминесцентного излучения и локального парциального давления кислорода продемонстрировано на фиг.1. В условиях, обычно встречающихся во время высокоскоростных испытаний (например, ультразвуковых), системы, соответствующие зависимости Штерна-Фольмера, демонстрируют относительно большие изменения интенсивности испускания только при небольших изменениях давления. Однако те же самые системы, используемые в низкоскоростных испытаниях (например, атмосферных), демонстрируют только чрезвычайно небольшие изменения интенсивности испускания даже и при больших изменениях давления. Это схематически продемонстрировано на фиг.2, которая представляет собой диаграмму, иллюстрирующую зависимость Штерна-Фольмера между небольшими изменениями интенсивности и большими изменениями давления. В дополнение к этому системы, соответствующие зависимости Штерна-Фольмера, демонстрируют уменьшение интенсивности испускания при увеличении давления. В соответствии с этим в результате получаются меньшие по величине соотношения сигнал/шум, при этом максимальное соотношение сигнал-шум будет наблюдаться в условиях вакуума, либо близких к вакууму.

Поскольку функционирование данных систем при определении изменения интенсивности испускаемого света в случае изменения давления зависит от гашения под действием кислорода, любые отклонения в отношении проницаемости матрицы носителя по кислороду будут приводить к изменению эксплуатационных характеристик краски, чувствительной к давлению. Например, на эксплуатационные характеристики краски, чувствительной к давлению, оказывают влияние изменения влажности и/или температуры. К сожалению, как известно, на эксплуатационные характеристики некоторых традиционных композиций красок, чувствительных к давлению, влияние оказывает даже жир, обычно присутствующий на коже человека, что делает работу с окрашенными испытываемыми изделиями затруднительной. В соответствии с этим существует потребность в материале, чувствительном к давлению, для которого чувствительность к присутствию кислорода была бы уменьшена.

Краткое изложение изобретения

Данное изобретение включает наноматериал, адаптированный для демонстрации оптически детектируемого отклика на изменения давления.

В первом аспекте изобретения предлагается полимерный материал, предназначенный для восприятия давления. Материал включает полиуретановый эластомер, получаемый из реагентов из группы, состоящей из алифатического диизоцианата, полиола с концевьм гидроксилом и фотохимической системы, модифицированной с превращением в удлиняющий цепь диол. В дополнение к этому материал включает мольное соотношение изоцианата и гидроксила в диапазоне от приблизительно 1 до 2 и мольное соотношение в диольной смеси в диапазоне от приблизительно 10:1 до приблизительно 1:2. Фотохимическая система может быть системой с эксиплексом либо с резонансным переносом энергии флуоресценции (FRET). Алифатический диизоцианат может присутствовать в виде изофорондиизоцианата и диизоцианатогексаметилена. Полиол с концевым гидроксилом может присутствовать в виде полипропиленгликоля либо политетраметиленгликоля. Полиуретановый эластомер предпочтительно адаптируют к образованию комплекса с переносом заряда в возбужденном состоянии, когда его подвергают воздействию прироста давления, и комплекса с переносом заряда в менее возбужденном состоянии при уменьшении давления. Комплекс с переносом заряда в возбужденном состоянии в ответ на изменение давления предпочтительно генерирует оптически детектируемое люминесцентное излучение. Полиуретановый эластомер может включать в цепь зонды для измерения деформации при воздействии давления. Зонды предпочтительно дают информацию о движении в цепи посредством изменений в спектре испускания. В дополнительном варианте реализации композицию полиуретанового эластомера можно составить в растворе для нанесения на вторичную поверхность, где эластомер составляет от 3% до приблизительно 10 мас.% раствора. Растворы предпочтительно делают возможным нанесение материала на вторичную поверхность при помощи распылительной аппаратуры.

Во втором аспекте изобретения для восприятия давления используют полимерный материал в виде эластомера, выбираемого из группы, состоящей из полиакрилата и полисилоксана, в комбинации с фотохимической системой. Полиакрилатный эластомер выбирают из группы, состоящей из бутилакрилата и метилметакрилата. Выраженное в массовых процентах содержание бутилакрилата, метилметакрилата и кремнийорганического соединения предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 20% до приблизительно 90%, а фотохимическая система включает молекулы красителя в диапазоне от приблизительно 1 миллиграмма до приблизительно 100 миллиграммов красителя на 10 граммов полимера. Фотохимическая система предпочтительно представляет собой систему с эксиплексом либо с резонансным переносом энергии флуоресценции. Комбинация молекул в системе с эксиплексом может включать антрацен и диметиланилин, перилен и диметиланилин либо пирен и перилен. Система донор - акцептор в случае FRET предпочтительно является системой с донором флуоресцеином и акцептором родамином. Полиакрилатный эластомер предпочтительно составляет от приблизительно 3% до приблизительно 10 мас.% раствора. Раствор может включать растворители, такие как этанол, метанол, изопропанол, метилэтилкетон, ацетон и/или толуол. Назначение растворителей заключается предпочтительно в регулировании свойств, таких как скорость испарения, толщина покрытия, качество покрытия и спектральный отклик. Раствор можно наносить на вторичную поверхность при помощи распылительной аппаратуры.

Другие признаки и преимущества данного изобретения станут очевидными из последующего подробного описания предпочтительного варианта реализации изобретения с сопровождающими чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой диаграмму предшествующего уровня техники, иллюстрирующую зависимость между изменениями интенсивности люминесцентного излучения и локальным парциальным давлением кислорода.

Фиг.2 представляет собой диаграмму предшествующего уровня техники, иллюстрирующую зависимость Штерна-Фольмера между небольшими изменениями интенсивности и большими изменениями давления.

Фиг.3 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую типичный спектральный отклик для системы, образующей эксиплекс.

Фиг.4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую изменение спектрального отклика при изменениях давления.

Фиг.5 представляет собой диаграмму предшествующего уровня техники, иллюстрирующую радиометрический отклик краски, чувствительной к давлению, на изменения давления.

Фиг.6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую спектры испускания в случае FRET, соответствующие предпочтительному варианту реализации данного изобретения, и она предлагается для печати на первой странице выданного патента.

Описание предпочтительного варианта изобретения

Основной вариант реализации данного изобретения относится к разработке структуры, синтезу и компоновке макромолекул на нанометрическом уровне. Во время синтеза полимера в цепи полимера в результате сополимеризации вводят флуоресцентные молекулы, зондирующие расстояние. Выбор зондов, доля зондов, концентрация полимера, расположение вдоль цепи полимера и типы использованных растворителей представляют собой параметры, которые неотъемлемы от эксплуатационных характеристик материала. Зонды расстояния используют в данном измерении для измерения нанодеформации полимерного материала, когда последний помещают под нагрузку (давление). Когда материал сжимается либо расширяется в макроскопических масштабах, цепи полимера в ответ на нагрузку реорганизуются, а зонды передают информацию о движении. В соответствии с этим информация о движении сообщается и детектируется посредством изменения спектра испускания полимера.

1. Фотохимическая система

Существует два типа фотохимических систем, используемых в данном изобретении: системы с комплексом в возбужденном состоянии (эксиплексом) и с резонансным переносом энергии флуоресценции (FRET). Обе фотохимические системы являются обратимыми. Эксиплекс (комплекс в возбужденном состоянии) представляет собой результат образования комплекса с переносом заряда между флуорофором в возбужденном состоянии и гасителем. Фиг.3 представляет собой графическую иллюстрацию типичного спектрального отклика системы, образующей эксиплекс. При образовании эксиплекса происходит гашение флуорофора в возбужденном состоянии, такого как антрацен либо перилен, под действием алифатического либо ароматического амина (например, диметиланилина). Фиг.4 представляет собой графическую иллюстрацию для данных по испусканию перилена и данных по испусканию эксиплекса. Флуорофор в возбужденном состоянии акцептирует электрон от донирующего амина, и наблюдается флуоресценция эксиплекса в виде широкого бесструктурного пика, смещенного в область низких частот по отношению к пику для флуорофора. В соответствии с этим эксиплекс имеет спектр испускания флуоресценции, отличный от спектров донора либо акцептора.

Процесс образования эксиплекса зависит от расстояния. Для того чтобы наблюдалось излучение комплекса, должно быть достигнуто критическое расстояние между молекулами акцептора и донора (˜2 Å). Процесс является концентрационно-зависимым в растворе, а также и в твердой матрице. В соответствии с этим концентрации доноров, концентрации акцепторов и соотношения количеств акцепторов и доноров являются параметрами, которые оказывают влияние на спектры испускания.

Система с FRET представляет собой систему с действием, зависящим от расстояния, альтернативную системе с эксиплексом. В случае FRET происходит перенос энергии возбужденного состояния от первоначально возбужденного донора (D) к акцептору (А). Обозначения донора и акцептора связаны с переносом энергии в противоположность системе с эксиплексом, в которой номенклатура связана с переносами электронов. Для того чтобы имел место FRET, требуется, чтобы спектр поглощения акцептора перекрывался спектром испускания флуоресценции донора. Межмолекулярные расстояния, необходимые для FRET, имеют порядок величины в диапазоне от 20 до 60 Å, что выгодно для зондирования движений макромолекул. Перенос энергии в случае FRET происходит без испускания и повторного поглощения фотонов и он представляет собой исключительно результат диполь-дипольных взаимодействий между донорами и акцепторами. Одной из наиболее широко распространенных систем донор - акцептор в случае FRET является система флуоресцеина (F1, донор) и родамина В (Rh, акцептор). Пример спектра испускания для FRET продемонстрирован на фиг.6.

Система флуоресцеина и родамина В обладает потенциалом для краски, чувствительной к давлению, в качестве системы с переносом энергии с действием, зависящим от расстояния. Длина волны возбуждения, которую обычно используют в системе флуоресцеина и родамина В, составляет 470 нм, что совместимо с существующими системами красок, чувствительных к давлению. Длины волн возбуждения для флуоресцеина и родамина В отстоят достаточно сильно, так что их можно оптически выделить во время детектирования сигнала. В случае FRET концентрации составляющих систему молекул намного меньше того, что требуется в системе с эксиплексосм. Во время создания структуры материала люминофоры можно сополимеризовать при низких содержаниях, выраженных в массовых процентах, так чтобы не оказать негативного влияния на свойства материала. В соответствии с этим система с FRET характеризуется наличием определенных дополнительных преимуществ в отношении свойств материала в сравнении с системой с эксиплексом.

2. Материалы

Люминесцентный сенсор давления, описанный в настоящем документе, представляет собой покрытие на основе полимеров, таких как полиуретаны, полиакрилаты и полисилоксан. Специальные мономеры, которые специфичны для систем с эксиплексом либо с FRET, сополимеризуют, вводя в покрытие во время синтеза полимера. Материалы, выбираемые для данного изобретения, являются эластомерными в том смысле, что они обладают каучукоподобными свойствами и способны претерпевать большие и обратимые упругие деформации. В соответствии с этим эластомерные свойства материала в комбинации с обратимым фотохимическим процессом приводят к формированию комплекса с переносом заряда в возбужденном состоянии либо FRET, когда материал подвергают воздействию прироста давления, и комплекса с переносом заряда в менее возбужденном состоянии либо FRET при уменьшении давления.

При наличии флуоресцентных мономеров, непосредственно присоединенных к цепям эластомера в данном изобретении, появляются следующие значительные преимущества: 1) никакие красители не теряются во время использования сенсора в результате испарения, возгонки либо миграции в окружающую среду, 2) предотвращается агрегирование красителей и 3) свойства материалов совместно с соотношением количеств донор-акцептор определяют чувствительность к давлению и отклик люминесцентного сенсора давления.

Композиция для получения полиуретановых эластомеров, предназначенных для покрытий, чувствительных к давлению, включает следующее, но не ограничивается только им: алифатический диизоцианат, такой как изофорондиизоцианат (IPDI) либо диизоцианатогексаметилен (HDI), полиол с концевым гидроксилом, такой как полипропиленгликоль (ППГ) либо политетраметиленгликоль (РТМО либо PTMEG), и молекула, задействованная в системе с эксиплексом либо с FRET, модифицированная с превращением в удлиняющий цепь диол. Частью полиуретановой композиции может быть еще один удлинитель цепи, такой как бутандиол. Свойства уретанового покрытия (то есть модуль, адгезия, вязкость раствора и тому подобное) можно модифицировать при синтезе полимера в результате регулирования типа компонентов, их количества и их массовых соотношений.

В настоящем изобретении полное мольное соотношение изоцианата и гидроксила (NCO : ОН) находится в диапазоне от 1 до 2. Значения соотношения, близкие к 1, приводят к получению линейных эластомеров, а значения, приближающиеся к 2, в результате приводят к получению форполимеров, способных отверждаться под действием влаги с получением сшитых покрытий. Мольное соотношение в диольной смеси (удлинителя цепи и полиола) в данном изобретении может находиться в диапазоне от 10:1 до 1:2.

Композиция для получения полиакрилатов, предназначенных для покрытий, чувствительных к давлению, включает следующее, но не ограничивается только им: бутилакрилат (БА), метилметакрилат (ММА) и молекулы, задействованные в системе с эксиплексом либо с FRET, модифицированные для акрилатной полимеризации. Физические свойства полиакрилатного покрытия можно изменять в результате регулирования массового соотношения бутилакрилата и метилметакрилата либо эксиплекса при синтезе полимера. Типичные выраженные в массовых процентах содержания бутилакрилата в данном изобретении находятся в диапазоне от 20 до 90%. Оставшуюся массовую долю могут составлять метилметакрилат либо акрилатный мономер, образующий эксиплекс. В полиакрилатной композиции, использующей систему с FRET вместо системы с эксиплексом, в ходе акрилатного синтеза требуется только очень незначительное количество акрилатного красителя, образующего систему с FRET (порядка величины в диапазоне от 1 миллиграмма до приблизительно 100 миллиграммов красителя на 10 граммов полимера).

Композиция полисилоксанов, предназначенных для покрытий, чувствительных к давлению, включает следующее, но не ограничивается только им: GE silicone TSE-399 c и высоковязкий кремнийорганический герметик и молекулы, задействованные в системе с эксиплексом либо с FRET, модифицированные для полимеризации кремнийорганического соединения. Физические свойства полисилоксанового покрытия можно изменять в результате регулирования массового соотношения полисилоксанов и фотохимической системы.

Примеры

Пример синтеза полиуретанового материала, чувствительного к давлению

В 3-горлую коблу объемом 125 мл, содержащую 40 мкл дилаурата дибутилолова (DBTDL) в качестве катализатора, добавляли смесь мономеров ППГ (молекулярная масса 2000 грамм/моль; 8 граммов, 0,004 моля) и диметиланилиндиола (DMAD) (молекулярная масса 209,29 грамм/моль; 1,672 грамма, 0,008 моля). Колбу оснащали холодильником, впускным отверстием для сухого азота и загрузочной воронкой. Колбу погружали в масляную баню, а ее содержимое помещали в атмосферу сухого азота. Через загрузочную воронку добавляли безводный тетрагидрофуран (ТГФ, 20 мл) и колбу медленно нагревали до 70°С. При температуре реакции 70°С через загрузочную воронку медленно добавляли изофорондиизоцианат (IPDI) (молекулярная масса 222,29 грамм/моль; 2,67 г, 0,0012 моля) и 5 мл безводного тетрагидрофурана (ТГФ). Реакционную смесь перемешивали в совокупности в течение 5 часов, а затем охлаждали. Твердый эластомерный продукт весил приблизительно 12 граммов, и его получали в результате удаления растворителя при пониженном давлении.

Пример синтеза полиакрилатного материала, чувствительного к давлению

В 3-горлую колбу объемом 125 мл вместе с дибензоилпероксидом (ВРО, 5 мас.%, 50 миллиграммов), акрилатным мономером, содержащим звено родамина В, (0,8 миллиграмма), и 38 мл этанола помещали смесь мономеров, состоящую из бутилакрилата (БА) и метилметакрилата (ММА) с массовым соотношением 70:30 (7 граммов БА, 3 грамма ММА). Колбу оснащали холодильником и впускным отверстием для сухого азота, а затем помещали в масляную баню. Содержимое реакционной смеси медленно нагревали до 90°С и в ходе реакции температуру выдерживали. Полное время реакции составляло 48 часов. Твердый эластомерный продукт весил приблизительно 10 граммов, и его получали в результате удаления растворителя при пониженном давлении.

3. Переработка материалов

Композиции материалов, чувствительных к давлению, на основе полиуретанов в настоящем изобретении составляли в виде растворов, которые можно было распылять. Реакционную смесь разбавляли до получения раствора с уровнем содержания твердой фазы в диапазоне от 3 до 10% (масса/объем) при использовании растворителей, включающих тетрагидрофуран, толуол, изопропанол, метанол и метилэтилкетон. Раствор может включать некоторые либо все из перечисленных выше растворителей с различными соотношениями в композиции для регулирования скорости испарения, толщины покрытия и качества покрытия. Композиция может включать добавление пластификатора для регулирования свойств покрытия и отклика сенсора.

Композиция материалов, чувствительных к давлению, на основе акрилата либо кремнийорганического соединения в данном изобретении была подобна композиции полиуретанов. Реакционные смеси разбавляли до уровня содержания твердой фазы в диапазоне от 5 до 10% (масса/объем) при использовании растворителей, включающих этанол, изопропанол, метилэтилкетон, ацетон и толуол. Изобретение может включать некоторые либо все из перечисленных выше растворителей (с различными соотношениями в композиции) для регулирования скорости испарения и качества покрытия. В дополнение к этому композиции в данном изобретении можно распылять при использовании обычного пневматического распылительного оборудования с рабочей характеристикой в диапазоне от 1,0547 до 2,8124 кг/см² (15 до 40 фунт/дюйм²).

Преимущества над предшествующим уровнем техники

Материал предшествующего уровня техники, относящийся к Gouterman, использует фотохимический процесс динамического гашения под действием кислорода для определения изменения интенсивности испускаемого света при изменениях давления. Зависимость от кислородного компонента вносит свой вклад в чувствительность материала. Материал предшествующего уровня техники, относящийся к Kelley et al., использует фотохимические системы и фокусируется на использовании данных систем исключительно в полистироле, что ограничивает диапазон полезности приложения. В результате использования материала, описанного в настоящем изобретении, заявитель устранил ограничение, связанное с полистиролом, без получения за это наказания, связанного с кислородом. В предпочтительном варианте реализации изобретения для удаления зависимости от кислорода при определении чувствительности к давлению используют фотохимические системы, то есть системы с эксиплексом либо с резонансным переносом энергии флуоресценции (FRET). Системы как с эксиплексом, так и с FRET обеспечивают получение быстрого отклика на изменения давления. В дополнение к этому сжимаемость материала с системой с эксиплексом либо с FRET является обратимой. В соответствии с этим удаление зависимости от кислорода как фактора, вносящего вклад в детектирование изменений давления, обеспечивает достижение улучшенного времени отклика, а также повышает чувствительность при использовании материала.

Альтернативные варианты реализации

Необходимо понимать, что несмотря на то, что в настоящем документе для целей иллюстрации были описаны конкретные варианты реализации изобретения, их различные модификации могут быть осуществлены без отклонения от объема и сущности изобретения. В частности, в материале, чувствительном к давлению, могут быть реализованы другие типы фотохимических систем с действием, зависящим от расстояния, либо материалов, используемых в качестве матриц носителей либо компонентов матриц носителей. В соответствии с этим объем охраны данного изобретения ограничивается только следующей далее формулой изобретения и ее эквивалентами.

1. Полимерный материал, обладающий оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки, включающий:

полиуретановый эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий алифатический диизоцианат, полиол с концевым гидроксилом и фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные с превращением в удлиняющие цепь диолы, в котором

мольное соотношение удлиняющих цепь диолов к полиолам находится в диапазоне от приблизительно 10:1 до около 1:2; и фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из системы эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET).

2. Полимерный материал по п.1, в котором алифатический диизоцианат выбирают из группы, состоящей из изофорондиизоцианата (IPDI) и диизоцианатогексаметилена (HDI).

3. Полимерный материал по п.1, в котором полиол с концевым гидроксилом выбирают из группы, состоящей из полипропиленгликоля (ППГ) и политетраметиленгликоля (РТМО либо PTMEG).

4. Полимерный материал по п.1, который дополнительно включает комплекс с переносом заряда в возбужденном состоянии, образованный из упомянутого полиуретанового эластомера при воздействии прироста нагрузки, и комплекс с переносом заряда в менее возбужденном состоянии при уменьшении упомянутой нагрузки.

5. Полимерный материал по п.4, в котором комплекс с переносом заряда в возбужденном состоянии адаптируют для получения люминесцентного излучения.

6. Полимерный материал по п.1, который дополнительно включает зонды в цепи полиуретанового эластомера, адаптированные для измерения деформации при воздействии нагрузки.

7. Полимерный материал по п.6, в котором зонды сообщают информацию о движении в полимерной цепи посредством изменений в спектре испускания.

8. Раствор, содержащий полимерный материал по п.1, который адаптируют к составлению композиции в растворе для нанесения на вторичную поверхность и содержащий от приблизительно 3 до приблизительно 10 мас.% эластомера.

9. Раствор по п.8, который содержат растворитель, выбранный из группы, состоящей из тетрагидрофурана, толуола, изопропанола, метанола и метилэтилкетона.

10. Раствор по п.8, который дополнительно содержит пластификатор, адаптированный для регулирования свойств покрытия и отклика сенсора.

11. Раствор по п.8, который адаптируют для нанесения на вторичную поверхность при использовании пневматической распылительной аппаратуры, адаптированной для нанесения упомянутого раствора под давлением от приблизительно 1,0547 до приблизительно, 2,8124 кг/см² (от приблизительно 15 до приблизительно 40 фунт/дюйм²).

12. Полимерный материал по п.1, в котором эксиплекс, содержащий комбинацию упомянутых молекул, выбран из группы, состоящей из антрацена и диметиланилина, перилена и диметиланилина и пирена и перилена.

13. Полимерный материал по п.2, в котором FRET, содержащая донорно-акцепторную систему, также содержит донор флуоресцеин и акцептор родамин В.

14. Полимерный материал, обладающий оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки, включающий:

эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий полиакрилатный эластомер или силиконовый эластомер, и

фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные для внедрения в указанный эластомер, в котором фотохимическая система содержит от приблизительно 1 до приблизительно 100 мг указанных флуоресцентных молекул для зондирования расстояния на 10 г полимера и фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET).

15. Полимерный материал по п.14, в котором эластомер представляет собой полиакрилат, содержащий мономер, выбранный из группы, состоящей из бутилакрилата и метилметакрилата.

16. Полимерный материал по п.14, в котором эластомер представляет собой силикон, выбранный из группы, состоящей из GE силикона TSE-399c и высоковязкого силиконового герметика.

17. Полимерный материал по п.15, в котором содержание полиакрилата составляет от приблизительно 20 до приблизительно 90 мас.% бутилакрилата.

18. Раствор, содержащий полимерный материал по п.14, адаптированный для нанесения на поверхность.

19. Раствор по п.18, который содержит от приблизительно 3 до приблизительно 10 мас.% эластомера.

20. Раствор по п.18, который содержит растворитель, выбранный из группы, состоящей из этанола, метанола, изопропанола, метилэтилкетона, ацетона и толуола.

21. Раствор по п.18, содержащий растворитель для регулирования свойств по крайней мере одного раствора, характеризующегося скоростью испарения, толщиной покрытия и качеством покрытия.

22. Раствор по п.18, который адаптируют для нанесения на поверхность при использовании пневматической распылительной аппаратуры, адаптированной для нанесения данного раствора под давлением от приблизительно 1,0547 до приблизительно 2,8124 кг/см².

23. Полимерный материал по п.14, в котором фотохимическая система представляет собой эксиплекс, содержащий комбинацию молекул, выбранный из группы, состоящей из антрацена и диметиланилина, перилена и диметиланилина и пирена и перилена.

24. Полимерный материал по п.14, в котором фотохимическая система представляет собой FRET, содержащую донор флуоресцеин и акцептор родамин В.