尼龍、橡膠、硅樹脂、聚四氟乙烯和聚氯乙烯——所有人造聚合物的例子——都是重復(fù)分子單元的長鏈，我們稱之為單體。雖然聚合物也存在于自然界(想象羊毛、絲綢甚至頭發(fā))，但合成聚合物(其中最著名的是塑料)的發(fā)明徹底改變了這個(gè)行業(yè)。輕質(zhì)、彈性、柔韌但耐用的合成聚合物是地球上使用最廣泛的材料之一，廣泛用于從服裝到建筑、包裝和能源生產(chǎn)的各種材料。新材料工程時(shí)代開始以來，了解外力對聚合物強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響對評價(jià)其性能至關(guān)重要。
當(dāng)受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，將一些聚合物鏈結(jié)合在一起的弱鍵被克服，一個(gè)鍵不可避免地?cái)嗔?。?dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生自由基(一種帶有不成對電子的分子，這種分子天生不穩(wěn)定，反應(yīng)性很強(qiáng)，在這種情況下被稱為“機(jī)械力學(xué)”)。我們可以通過估計(jì)產(chǎn)生的自由力學(xué)量來推斷材料對應(yīng)力的抵抗能力。盡管這一現(xiàn)象已被很好地記錄下來，但科學(xué)家仍試圖在環(huán)境溫度下以本體狀態(tài)觀察這一現(xiàn)象，因?yàn)闉楸倔w聚合物生產(chǎn)的機(jī)械橡膠由于其對氧氣和其他試劑的高反應(yīng)性而不穩(wěn)定。
由大冢秀吉教授領(lǐng)導(dǎo)的東京理工學(xué)院的研究人員決定接受這一挑戰(zhàn)。在國際版Angewandte Chemie上發(fā)表的研究中，他們使用了一種叫做二芳基乙腈(H-DAAN)的小分子來捕獲流氓自由基。大冢教授解釋說：“我們的理論是H-DAAN與自由基反應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)出獨(dú)特的熒光，然后我們可以通過測量來估計(jì)聚合物的分解程度?！薄袄碚摵芎唵?；施加在聚合物上的力越大，產(chǎn)生的機(jī)械力學(xué)越多，它們與H-DAAN的反應(yīng)越多。這種更高的反應(yīng)速率導(dǎo)致更高的熒光強(qiáng)度，并且可以容易地測量變化?！?
研究人員現(xiàn)在想看看這在實(shí)踐中是如何工作的。當(dāng)聚苯乙烯(在存在H-DAAN的情況下)通過研磨受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，H-DAAN作為聚合物機(jī)械基團(tuán)的自由基清除劑，并與其結(jié)合產(chǎn)生具有熒光性質(zhì)的“DAAN”。這導(dǎo)致可見的黃色熒光。
大冢教授說：“也許更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)熒光強(qiáng)度和研磨聚苯乙烯產(chǎn)生的DAAN自由基之間有明顯的相關(guān)性?！薄斑@意味著體系統(tǒng)中產(chǎn)生的DAAN自由基的量只能通過測量熒光強(qiáng)度來估算?！?
他們的發(fā)現(xiàn)有廣泛的含義：通過能夠直觀地量化材料對不同外部刺激的反應(yīng)，他們可以根據(jù)預(yù)期的機(jī)械應(yīng)力測試適合各種用途的聚合物。這種方法可能被證明是科學(xué)家和工程師提高材料性能和特異性的有價(jià)值的工具。
這種令人興奮的研究聚合物對這種閃亮的光機(jī)械應(yīng)力作出反應(yīng)，并闡明了聚合物機(jī)械自由基研究的前進(jìn)方向！
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