力学体：前所未有的洞察力，深入了解聚合物晶体的生长过程

时间：2021-12-30 13:52:24 来源：

由四芳基丁二腈生成的自由基的荧光将使结晶可视化。结晶诱导的机械荧光的荧光显微镜观察可以精确地确定应力的位置，并可以深入阐明聚合物的结晶过程。

在现代，制造商生产用于多种用途的高度专业化的材料，称为聚合物。聚合物由于具有多种用途而具有多种用途，从由于其高拉伸强度和耐性而被用于建筑业，到制造需要更轻便，柔软的材料（例如尼龙或聚乙烯）的塑料袋。

不同聚合物性能之间的这些差异源于其内部结构。聚合物由称为“单体”的较小子单元的长链组成。结晶聚合物熔化后会缓慢结晶，然后缓慢冷却，使链条自身排列成整齐排列的板状。

根据结晶的程度和位置，此过程可为聚合物提供有价值的特性，包括柔韧性，导热性和强度。但是，如果控制不当，结晶也会削弱材料，对聚合物链造成不必要的压力。当聚合物处于极端条件下，例如冻结温度或强压力时，这尤其成问题。

为了保证最佳性能，我们需要预测给定的聚合物将如何对机械应力做出反应，以及结晶在多大程度上有助于该响应。但是，科学家们对结晶过程中所起作用的复杂力知之甚少，他们从来没有能够直接观察到它们或准确地测量它们而不先破坏材料。

基于聚合物科学的最新进展，由东京工业大学的大冢秀行教授领导的研究小组一直在研究一种实时可视化聚合物结晶的方法。在《自然通讯》上发表的一项最新研究中，他们使用了嵌入聚合物结构中的高反应性分子，称为自由基型“机理”。自由基型机械力对机械应力敏感，容易分解为两个等效的自由基基团，可作为探针来了解何时以及如何施加应力。在这种情况下，为了检查结晶过程中起作用的机械力，他们使用了一种称为“ TASN”的自由基型机制，当受到机械应力时，该机制会分解并发出荧光。

该团队以前已经使用过类似的分子，表明它们可用于可视化和评估聚合物材料内的机械应力程度。在当前的研究中，他们使用类似的方法观察聚合物的结晶。随着晶体的形成，机械力导致其结构中的机械团解离为较小的粉红色的基团，并带有特征性的黄色荧光，从而使研究人员能够直接观察该过程。因为荧光显示出很高的可见度，所以研究人员能够测量荧光的发射波长，以确定确切的结晶速率，以及其范围和位置，甚至在聚合物材料中的三维中也是如此。

大冢教授解释了这一发现的重要性，“聚合物结晶的直接可视化为晶体生长过程提供了前所未有的洞察力。”实际上，这种方法使制造商能够在结晶过程中测试聚合物材料的特定机械性能。研究人员认为，他们的研究将通过控制结晶过程以获得所需的性能，从而实现聚合物材料的工业优化。大冢教授总结说，最终，这可能“导致先进聚合物材料的设计准则”。

参考：《自然通讯》，Sota Kato，重川茂树，青木大辅，Raita Goseki，大川和里，土屋康介，岛田直彦，岛田淳史，丸山淳，大冢启二和大冢秀行，“结晶诱导的机械荧光用于聚合物结晶的可视化”，2021年1月5日，DODO。DODO。：
10.1038 / s41467-020-20366-y

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