Механофоры: сделать процессы кристаллизации полимеров кристально чистыми

Эти различия между свойствами разных полимеров проистекают из их внутренней структуры. Полимеры состоят из длинных цепочек более мелких субъединиц, называемых мономерами."Кристаллизация происходит, когда кристаллические полимеры плавятся, а затем медленно охлаждаются, что позволяет цепям организовываться в аккуратно расположенные пластины.
В зависимости от степени и места кристаллизации этот процесс придает полимерам ценные свойства, в том числе гибкость, теплопроводность и прочность.

Однако, если ее не контролировать должным образом, кристаллизация также может ослабить материал, создавая чрезмерную нагрузку на полимерную цепь. Это особенно проблематично, когда полимеры подвергаются экстремальным условиям, таким как отрицательные температуры или сильное давление.
Чтобы гарантировать оптимальную производительность, нам необходимо предсказать, как данный полимер будет реагировать на механическое напряжение и в какой степени кристаллизация способствует этой реакции.

Однако ученые очень мало знают о сложных силах, действующих во время кристаллизации, поскольку никогда не могли наблюдать их напрямую или точно измерять, не разрушая предварительно материал.
Основываясь на последних достижениях в науке о полимерах, исследовательская группа под руководством профессора Хидеюки Оцука из Tokyo Tech работает над методом визуализации кристаллизации полимера в реальном времени.

В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Communications, они использовали высокореактивные молекулы, называемые «механофоры» радикального типа, встроенные в полимерные структуры. Механофоры радикального типа чувствительны к механическому воздействию и легко распадаются на два эквивалентных вида радикалов, которые могут действовать как зонд, чтобы узнать, когда и как применяется стресс. В этом случае, чтобы изучить механические силы, действующие во время кристаллизации, они использовали механофор радикального типа, называемый «TASN», который разрушается и излучает флуоресценцию при воздействии механического напряжения.

Команда уже использовала аналогичные молекулы ранее, показывая, что их можно использовать для визуализации и оценки степени механического напряжения в полимерном материале. В текущем исследовании они использовали аналогичный метод для наблюдения за кристаллизацией полимера.

По мере формирования кристаллов механические силы заставляли механофоры в его структуре диссоциировать на более мелкие радикалы розового цвета с характерной желтой флуоресценцией, что позволяло исследователям непосредственно наблюдать за процессом. Поскольку флуоресценция демонстрирует высокую видимость, исследователи смогли измерить излучаемые длины волн флуоресценции, чтобы определить точную скорость кристаллизации, а также ее протяженность и расположение даже в трехмерном пространстве внутри полимерного материала.
Профессор Оцука объясняет важность этого открытия: «Прямая визуализация кристаллизации полимера предлагает беспрецедентное понимание процессов роста кристаллов.«Действительно, этот метод позволяет производителям тестировать полимерные материалы на конкретные механические свойства во время кристаллизации.

Исследователи полагают, что их исследование позволит промышленную оптимизацию полимерных материалов, контролируя процесс кристаллизации для получения желаемых свойств. В конечном итоге, заключает профессор Оцука, это может «привести к разработке руководящих принципов для современных полимерных материалов."

2 комментария к “Механофоры: сделать процессы кристаллизации полимеров кристально чистыми”

Оставьте комментарий Отменить ответ

Exit mobile version