Uusi polymeeri reagoi mekaaniseen rasitukseen melkein kuin lihas

Tällaisen biologisen kudoksen, kuten lihasten, tärkeä kyky on itseparantuminen ja itsensä vahvistaminen. Se

tapahtuu vastauksena aiheuttamiin vaurioihinulkoisten voimien vaikutuksesta. Suurin osa keinotekoisista polymeereistä hajoaa palautumattomasti, kun niihin kohdistuu riittävä mekaaninen rasitus. Tämä tekee niistä vähemmän hyödyllisiä esimerkiksi keinoelinten valmistuksessa. Mutta entä jos voisit luoda polymeerejä, jotka reagoivat kemiallisesti mekaaniseen rasitukseen ja käyttävät tätä energiaa ominaisuuksiensa parantamiseen? 

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessaAngewandte Chemie International Edition, ryhmä Tokyo Techin tutkijoitaYamagata-yliopiston instituutti ja Japanin Sagami Institute of Chemical Research ovat edistyneet merkittävästi bulkki-itsevahvistuvien aineiden alalla. Niiden uusi polymeeri reagoi mekaaniseen rasitukseen melkein kuin lihas.

Syntetisoidut segmentoidut polyuretaanit (SPU),jotka sisältävät di-fluorenyylisukkinonitriilifragmentteja (DFSN) ja metakryloyyliryhmiä. Tuloksena olevat elastomeerit muodostivat vaaleanpunaisia ​​syanofluoreeniradikaaleja ja muuttivat väriä puristettaessa tai venytettäessä. Tämä on ensimmäinen esimerkki voimavetoisista silloitusreaktioista, jotka saavutetaan vain venyttämällä tai supistamalla irtokalvoa. Luotto: Tokyo Tech

Tiimi loi segmentoidun polyuretaaninpolymeeriketjut kovilla ja pehmeillä toiminnallisilla segmenteillä. Pehmeät segmentit sisältävät DFSN-molekyylejä, jotka toimivat niiden "heikoimpana lenkkinä", ja molemmat puolikkaat on yhdistetty yhdellä kovalenttisella sidoksella. Pehmeiden segmenttien sivuketjut päättyvät metakryloyyliyksiköihin. Kun polymeeri altistetaan mekaaniselle rasitukselle, kuten yksinkertaiselle puristamiselle tai jännitykselle, DFSN-molekyyli hajoaa kahdeksi yhtä suureksi syanofluoreeniradikaaliksi (CF). Nämä CF-radikaalit, toisin kuin DFSN, näyttävät vaaleanpunaisilta, joten vauriot on helppo havaita visuaalisesti.

Olemme onnistuneesti kehittäneet ennennäkemättömiämekanoreaktiiviset polymeerit, joilla on värinmuutos, fluoresenssi ja itsensä vahvistava kyky. Tämä on merkittävä edistysaskel mekaanisen kemian perustutkimuksessa ja sen sovelluksissa materiaalitieteessä.

Tutkimusta johti professori Hideyuki Otsuka

Kehitettyjen polymeerien houkuttelevat ominaisuudet ja toiminnallisuus ovat hyödyllisiä esimerkiksi vaurioiden intuitiiviseen havaitsemiseen ja mukautuvien materiaalien luomiseen.

Lue lisää

Katsokaa 8 biljoonan pikselin kuvaa Marsista

Tutkijat ovat kehittäneet suhteellisuusteorian korvikkeen. Mikä on "kaiken teorian" ydin?

Tutkijat ovat löytäneet todisteita nykyaikaisen ihmisen sekoittumisesta neandertalilaisten kanssa

Mekokemia on kemian ala, joka tutkii aineiden ja niiden seosten ominaisuuksien muutosta sekä fysikaalis-kemiallisia muutoksia mekaanisessa rasituksessa muodonmuutoksen, kitkan ja iskunpuristuksen aikana.