新型聚合物可在机械应力下变硬并变色

生物组织(例如肌肉)具有令人着迷且至关重要的能力，可以自我修复和自我增强，以应对外力造成的损害。另一方面，大多数人造聚合物会在足够的机械应力下发生不可逆转的断裂，这使得它们在某些关键应用(例如制造人造器官)中的用处不大。但是，如果我们可以设计对机械刺激发生化学反应并利用这种能量来增强其性能的聚合物呢?

在机械化学领域，这一目标已被证明是一个巨大的挑战。在Angewandte Chemie国际版上发表的最新研究中，东京工业大学，山形大学和相模化学研究所的科学家团队在本体自增强聚合物方面取得了显着进展。主持这项研究的大冢秀行教授解释了他们的动机：“进一步发展优雅的本体系统的过程中，力诱导的反应引起机械性能的明显变化将代表机械化学，聚合物化学和材料方面的变革性进步。科学他们通过专注于二芴基琥珀腈(DFSN)来实现这一目标，DFSN是一种对机械应力作出反应的“机械基团”或分子。

该团队创建了具有硬和软功能段的分段聚氨酯聚合物链。软链段包含DFSN分子，充当其“最弱的环节”，其两个半部分均通过单个共价键相连。软链段的侧链也被甲基丙烯酰基单元封端。在聚合物上施加机械应力(例如简单压缩或拉伸)后，DFSN分子会分裂为两个相等的氰基芴(CF)自由基。与DFSN不同，这些CF自由基呈粉红色，因此很容易从视觉上检测机械损伤。

最重要的是，CF自由基与其他聚合物侧链中的甲基丙烯酰基单元反应，从而导致单独的聚合物在一种称为交联的过程中彼此发生化学钩连。随着聚合物变得更加化学缠结，这种现象最终使散装材料的整体强度提高。正如科学家在实验中证明的那样，这种化学交联作用随着在分段聚合物样品上执行更多的压缩循环而变得更加明显，因为更多的DFSN分子被分解为CF自由基。

此外，研究小组还创建了一种微小的分段聚合物变体，当施加机械力时，该分段聚合物不仅会变粉红色，而且在紫外线照射下也会显示荧光。当试图更准确地量化由机械应力造成的损坏程度时，此功能非常有用。

所开发的聚合物的吸引人的特性和功能可用于例如直观的损伤检测和自适应材料的创建。Otsuka对他们的发现表示兴奋，他说：“我们成功开发了前所未有的机械响应聚合物，该聚合物表现出颜色变化，荧光和自增强能力，这是首次报道了通过简单地延长或压缩分子而引起的力诱导的交联反应。我们的发现代表了机械化学基础研究及其在材料科学中的应用方面的重大进展。”

随着更多具有独特功能的机械响应材料的开发，我们可以期望探索它们在各种工业和工程领域中的广泛应用。确保密切注意机械化学的进一步发展!

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