Beckman研究所主管Jeffrey Moore（左），博士后研究員Hai Qian（中）和材料科學(xué)與工程系主任Nancy Sottos，帶領(lǐng)伊利諾伊大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型、響應(yīng)迅速的可逆聚合物，它能夠在材料即將失效時(shí)改變顏色。（圖片來(lái)源： L. Brian Stauffe）

研究人員表示，未來(lái)添加在材料中的特殊聚合物分子能夠在材料即將失效時(shí)發(fā)出預(yù)警。伊利諾伊大學(xué)香檳分校的工程師改進(jìn)了他們以前開(kāi)發(fā)的力敏分子（力敏團(tuán)），新分子能夠在負(fù)載作用力時(shí)迅速出現(xiàn)可逆且醒目的顏色變化。

由博士后研究員Hai Qian，材料科學(xué)與工程系主任Nancy Sottos教授以及Beckman高級(jí)科學(xué)與技術(shù)研究所主任Jeffrey Moore領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究發(fā)表于Chem期刊。

Moore的團(tuán)隊(duì)研究力敏團(tuán)已經(jīng)超過(guò)十年，不過(guò)之前開(kāi)發(fā)的分子響應(yīng)較慢。由于無(wú)法像開(kāi)關(guān)那樣持續(xù)反映材料的受力狀態(tài)，它們難以作為理想的分子探針。

Qian表示，“顏色變化是力作用在構(gòu)成力敏團(tuán)的聚合物分子鏈上的結(jié)果。我們使用另外一種模式構(gòu)建力敏團(tuán)的聚合物分子鏈，即所謂的噁嗪結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)能夠在負(fù)載或卸載作用力時(shí)迅速產(chǎn)生可逆的顏色變化，克服了以前顏色變化緩慢的缺點(diǎn)。”

新型力敏團(tuán)。左圖：力卸載時(shí)（沒(méi)有顏色變化），右圖：力加載時(shí)（顯示出粉紅色）。（圖片來(lái)源：視頻截圖）

材料中添加的新型力敏團(tuán)能夠用作應(yīng)力傳感器，有助于科研人員研究材料在失效前的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

Sottos表示，“新型力敏團(tuán)響應(yīng)迅速且顏色可逆的特性，有助于工程師在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)實(shí)環(huán)境中快速探查和應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)失效?！?/p>

螺吡喃力敏團(tuán)（即傳統(tǒng)力敏團(tuán)）：左圖：力卸載時(shí)（沒(méi)有顏色變化），右圖：力加載時(shí)（沒(méi)有明顯顏色變化）

（圖片來(lái)源：視頻截圖）

一直以來(lái)，擺在材料科學(xué)面前的一大挑戰(zhàn)便是在單分子水平觀測(cè)力加載產(chǎn)生的效應(yīng)。盡管目前的研究還做不到這點(diǎn)，但Moore表示，新型力敏團(tuán)的研發(fā)讓我們離目標(biāo)又近了一步。

Moore認(rèn)為，“盡管還有許多工作要做，但當(dāng)前研究提供了從分子水平觀測(cè)材料變化的新視角。比如在生物力學(xué)領(lǐng)域，當(dāng)前的研究有助于從細(xì)胞甚至更微小的尺度觀察人體對(duì)外力作用的反應(yīng)?！?/p>

作者：Lois Yoksoulian

翻譯：張宇哲

審校：董子晨曦

引進(jìn)來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)香檳分校


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