新型聚合物具有变色和自增强能力

在东京理工学院（东京理工大学），研究人员创造了一种新的聚合物，其性能在暴露于机械应力下时会发生显著变化。

当机械响应聚合物呈块状时，即使在简单的拉伸或压缩条件下，它也表现出自增强、变色和荧光能力。这项研究的基本结果在机械力化学领域是无与伦比的，可以为材料科学领域的若干应用打开大门。亚博网站下载亚博老虎机网登录

肌肉等生物组织在应对外力损伤时表现出显著的自我强化和愈合潜力。相比之下，大多数人造聚合物在足够的机械应力下会发生不可挽回的断裂，这使得它们在某些关键应用中，如人造器官的制造，不太有利。

但是，如果开发出对机械刺激发生化学反应并利用能量改善其性能的聚合物是可行的呢？

这一目标一直很难实现，目前正在机械化学领域进行仔细研究。在发表于安格万特化学国际版一组来自东京理工大学、山形大学和日本佐贺化学研究所的研究人员在本体自增强聚合物方面取得了令人印象深刻的进展。

领导这项研究的大冢秀树教授解释了其动机如下：

进一步发展优雅的本体系统，其中力诱导反应会导致机械性能的明显变化，这将代表机械力化学、聚合物化学和材料科学领域一个改变游戏规则的进步亚博网站下载亚博老虎机网登录.

大冢秀幸，东京理工学院教授

他们通过专注于二芴基琥珀腈（DFSN）实现了他们的目标，DFSN是一种“机械分子”或一种对机械应力作出反应的分子。

研究人员利用软功能段和硬功能段开发了分段聚氨酯聚合物链。软段包括DFSN分子，它们是“最薄弱的一环”，它的两个半部分通过一个共价键连接。软段的侧链顶部是甲基丙烯酰单元。

当对聚合物施加机械应力（如简单的拉伸或压缩）时，DFSN分子分裂成两个相等的氰基氟丁二烯（CF）自由基。与DFSN不同的是，这些自由基的颜色变为粉红色，这样可以很容易地从视觉上检测到任何机械损伤。

具体而言，CF自由基倾向于与其他聚合物侧链上的甲基丙烯酰单元发生反应。这导致单个聚合物在一个称为交联的过程中以化学方式相互结合。通过这种现象，随着聚合物变得更加化学地相互缠绕，大块材料的整体强度最终会增加。

研究人员通过实验证明，当对分段聚合物样品进行更多的压缩循环时，这种化学交联效应变得更加明显。这是因为更多的DFSN分子分解成CF自由基。

研究人员开发了一种新开发的分段聚合物的微小变体，这种聚合物不仅会变成粉红色，而且在紫外线照射和施加机械力时会显示荧光。当研究人员试图更精确地测量机械应力造成的损伤程度时，该功能非常有用。

所开发聚合物的吸引人的特性和功能是有益的，例如，用于直观的损伤检测和自适应材料的开发。亚博网站下载

大冢对研究结果感到兴奋：

我们成功地开发了前所未有的机械响应聚合物，其表现出颜色变化、荧光和自增强能力，这是首次报道通过简单地拉伸或压缩块体薄膜实现的力诱导交联反应。我们的发现代表了机械力化学基础研究及其在材料科学中应用的重大进展亚博老虎机网登录.

大冢秀幸，东京理工学院教授

随着更多具有独特功能的机械响应材料的发展，其在不同工业和工程领域的大量应用有望得到进一步探索。亚博网站下载

期刊参考：

Seshimo，K。，等（2021）具有机械变色和自增强功能的分段聚氨酯弹性体。安格万特化学国际版.doi.org/10.1002/anie.202015196.

资料来源：https://www.titech.ac.jp/english/