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使用变色螺吡喃可视化固体聚合物中的内部应力

时间:2023-01-18 16:50:47 来源:
导读 螺吡喃是一种在光照下会改变颜色的化学物质——这是许多医学和技术领域的有用特性。现在,3mE的GeorgyFilonenko(MSE)和他在应用科学学院的...

螺吡喃是一种在光照下会改变颜色的化学物质——这是许多医学和技术领域的有用特性。现在,3mE的GeorgyFilonenko(MSE)和他在应用科学学院的同事RichardJanissen发现了这些所谓的光致变色分子的新用途——可视化固体聚合物中的应力。他们的研究发表在美国化学学会杂志上。

“每次将聚合物溶液制成固体时,它都会受到压力,”Filonenko解释说,“我们已经找到了一种方法来查看聚合物内部的这些压力。”

该领域众所周知,如果冷却熔融聚合物,当它变成固体时会产生异常,因此Filonenko和Janissen决定尝试验证“一个疯狂的假设”,即当聚合物变成固体时,小分子可以以某种方式“感觉”到。

Filonenko说:“我们需要选择一种容易变色的分子,我们总是可以轻松地观察和测量它。”“现在我们考虑它是无限天真的,但我们只是选择了一种已经知道了大约50年的东西——螺吡喃——它可以通过热、光或机械刺激而着色或变色。”

p-CE的光开关视频记录。图片来源:美国化学学会杂志(2022)。DOI:10.1021/jacs.2c11280

螺吡喃是一种以异构体形式存在的有机分子——一种异构体是有色的,另一种是无色的。然而事实证明,这些异构体的长度也不同。

“我们发现有色分子比无色分子长一点,如果你的反应与长度的变化有关,那么如果你的聚合物在某种程度上处于机械应力下,那么收缩分子的反应压缩会促进分子的大小,张力会促进拉长分子的反应。当我们意识到这一点时,我们的数据开始变得有意义,”Filonenko和Janissen说。

Filonenko和Janissen看到的是,当聚合物变成固体时,反应速率会发生巨大变化,即所谓的反应动力学。“我们看到分子的不同形式(有色和无色)之间的转化动力学发生了如此巨大的变化,我们意识到这必须是重大的事情,而且我们发现,聚合物内部形成的内应力随着聚合物固化。”

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