応力発光性分子プローブを利用する高分子材料中の微小応力の可視化

高分子材料に機能性を付与する研究として、力学的刺激に応答して色変化を示す「メカノクロミック材料」があり、材料の損傷検知などへの応用に期待されている。力に応答して色変化を示す分子骨格を高分子鎖中に導入する設計である。本研究では、研究室で開発されたテトラアリールスクシノニトリル（TASN）に着目した。TASNは力に応答して中心C-C結合が均一開裂し桃色着色と黄色蛍光を示すラジカル種を発生するため、色変化のみならず、電子スピン共鳴測定による発生ラジカルの直接定量や蛍光顕微鏡による直接的観察が可能である。そこで力の伝達メカニズムの検出対象を「高分子溶液の凍結」と「高分子の結晶化」の2点に絞った。「高分子溶液の凍結」では、過去にTASNを有する架橋ポリウレタンゲルの凍結により、溶媒の凝固する力を利用した凍結誘起メカノフルオレッセンス、さらに架橋構造の最適化により発生ラジカル量を調節可能であることを明らかにした。今年度は凍結で生成するラジカルとビニルモノマーを反応させる新規有機反応に展開し、ACS Appl. Polym. Mater.に掲載されSupplementary Coverに選ばれた。さらにこのモノマー挿入反応が高分子材料に与える影響として材料の高強度化があり、Chem. Lett.に掲載され、Editor's Choiceに選ばれた。「高分子の結晶化」では、TASNを有する結晶性高分子の結晶化の際に生じる微小応力を利用した結晶化誘起メカノフルオレッセンスを発現させ、等温結晶化過程における蛍光顕微鏡観察により球晶の成長を捉えることに成功し、Nat. Commun.と4件の新聞に掲載された。さらに一軸伸張に伴い球晶が配向することで蛍光発光が見られることを見出し、その力学応答性をラジカルの定量ならびに蛍光顕微鏡観察によって明らかにし、ACS Macro Lett.に掲載された。

高分子材料に機能性を付与する研究として、力学的刺激に応答して色変化を示す「メカノクロミック材料」があり、材料の損傷検知などへの応用に期待されている。力に応答して色変化を示す分子骨格を高分子鎖中に導入する設計である。本研究では、研究室で開発されたテトラアリールスクシノニトリル（TASN）に着目した。TASNは力に応答して中心C-C結合が均一開裂し桃色着色と黄色蛍光を示すラジカル種を発生するため、色変化のみならず、電子スピン共鳴測定による発生ラジカルの直接定量や蛍光顕微鏡による直接的観察が可能である。そこで力の伝達メカニズムの検出対象を「高分子溶液の凍結」と「高分子の結晶化」の2点に絞った。「高分子溶液の凍結」では、過去にTASNを有する架橋ポリウレタンゲルの凍結により、溶媒の凝固する力を利用した凍結誘起メカノフルオレッセンス、さらに架橋構造の最適化により発生ラジカル量を調節可能であることを明らかにした。今年度は凍結で生成するラジカルとビニルモノマーを反応させる新規有機反応に展開し、ACS Appl. Polym. Mater.に掲載されSupplementary Coverに選ばれた。さらにこのモノマー挿入反応が高分子材料に与える影響として材料の高強度化があり、Chem. Lett.に掲載され、Editor's Choiceに選ばれた。「高分子の結晶化」では、TASNを有する結晶性高分子の結晶化の際に生じる微小応力を利用した結晶化誘起メカノフルオレッセンスを発現させ、等温結晶化過程における蛍光顕微鏡観察により球晶の成長を捉えることに成功し、Nat. Commun.と4件の新聞に掲載された。さらに一軸伸張に伴い球晶が配向することで蛍光発光が見られることを見出し、その力学応答性をラジカルの定量ならびに蛍光顕微鏡観察によって明らかにし、ACS Macro Lett.に掲載された。