Новый полимер реагирует на механическое воздействие почти как мышцы

Важная способность такой биологической ткани, как мышцы — самовосстановление и самоусиление. Оно происходит в ответ на повреждения, вызванные внешними силами. Большинство искусственных полимеров необратимо разрушаются при достаточном механическом напряжении. Это делает их менее полезными для, например, производства искусственных органов. Но что, если можно создать полимеры, которые химически реагируют на механические воздействия и использовали эту энергию для улучшения своих свойств? 

В недавнем исследовании, опубликованном в Angewandte Chemie International Edition, группа ученых из Токийского технологического института, Университета Ямагата и Института химических исследований Сагами, Япония, достигла значительных успехов в области объемных самоупрочняющихся веществ. Их новый полимер реагирует на механическое воздействие почти как мышцы.

Команда создала сегментированные полиуретановые полимерные цепи с жесткими и мягкими функциональными сегментами. Мягкие сегменты содержат молекулы DFSN, действующие как их «самое слабое звено», причем обе его половины соединены одной ковалентной связью. Боковые цепи мягких сегментов заканчиваются метакрилоильными звеньями. Когда полимер испытывает механическое напряжение, например, простое сжатие или растяжение, молекула DFSN расщепляется на два равных цианофлуореновых (CF) радикала. Эти радикалы CF, в отличие от DFSN, приобретают розовый цвет, что позволяет легко визуально обнаружить повреждения.

Мы успешно разработали беспрецедентные механореактивные полимеры, которые проявляют изменение цвета, флуоресценцию и самоусиливающуюся способность. Это значительный прогресс в фундаментальных исследованиях механохимии и ее приложений в материаловедении.

Профессор Хидеюки Оцука, возглавлял исследование

Привлекательные свойства и функциональность разработанных полимеров полезны, например, для интуитивного обнаружения повреждений и создания адаптивных материалов.