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

使用应力发光分子探针可视化聚合物材料中的微应力

• 批准号: 19J23009
• 负责人: 加藤 颯太
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J23009/
• 关键词: 高分子溶液の凍結; 高分子の結晶化; 共焦点顕微鏡観察; テトラアリールスクシノニトリル; 球晶の成長過程; 一軸伸張; 配向; 学術論文の表紙掲載

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。

Polymer materials に functional を give す る research と し て, mechanical stimulation に 応 answer し て color variations change を shown す "メ カ ノ ク ロ ミ ッ ク material" が あ り, damage 検 の な ど へ の 応 with に expect さ れ て い る. The force に応 responds to the て color change を shows the す molecular lattice を in the polymer lock に introduces the する design である. This study で で and the research laboratory で developed されたテトラアリ ス ス シノニトリ シノニトリ シノニトリ (TASN) に aimed at に た. TASN は force に 応 answer し て center C - C combined with が uniform cracking し と 蛍 light yellow peach shaded を shown す ラ ジ カ ル kind を 発 raw す る た め, color variations の み な ら ず, electronic ス ピ ン resonance determination に よ る 発 raw ラ ジ カ ル の direct quantitative や 蛍 light 顕 micromirror に よ る 観 examine が may directly で あ る. そ こ で force の 伝 da メ カ ニ ズ ム の 検 out like seaborne を "polymer solution の freeze" と "polymer の crystallization" の 2 に ground っ た. "Polymer solution の freeze" で は, past に TASN を have す る bridging ポ リ ウ レ タ ン ゲ ル の freeze に よ り, solvent の solidification す る force を using し た freeze induced メ カ ノ フ ル オ レ ッ セ ン ス, さ ら に の bridge structure optimization に よ り 発 raw ラ ジ カ を ル quantity adjustment may で あ る こ と を Ming ら か に し た. Our は freeze で generated す る ラ ジ カ ル と ビ ニ ル モ ノ マ ー を anti 応 さ せ る new rules organic anti 応 に し and ACS Appl. Polym. Mater. に first white jasmines load さ れ Supplementary Cover に choose ば れ た. さ ら に こ の モ ノ マ ー scions into reverse 応 が polymer materials with え に る influence と し の て material high strength が あ り, Chem. Lett. に first white jasmines load さ れ, Editor 's Choice に choose ば れ た. "の polymer crystallization" で は, TASN を have す る crystalline polymer の crystallization の interstate に raw じ る tiny 応 force を using し た crystallization induced メ カ ノ フ ル オ レ ッ セ ン ス を 発 now さ せ, isothermal crystallization process に お け る 蛍 light 顕 micromirror 観 examine に よ り spherulite の growth を catch え る こ と に successful し, Nat. Commun.と4 news に reports された. さ ら に one axis stretching に with い spherulite が match to す る こ と で 蛍 発 light が see ら れ る こ と を see し, そ の mechanics 応 a sexual を ラ ジ カ ル の quantitative な ら び に 蛍 light 顕 micromirror 観 examine に よ っ て Ming ら か に し, ACS Macro Lett. に first white jasmines load さ れ た.

项目成果

Visualization of the Necking Initiation and Propagation Processes During Uniaxial Tensile Deformation of Crystalline Polymer Films via the Generation of Fluorescent Radicals

通过产生荧光自由基来可视化结晶聚合物薄膜单轴拉伸变形过程中的颈缩起始和扩展过程

• 发表时间: 2021
• 期刊: ACS Macro Letters
• 影响因子: 7.015
• 作者: Kato Sota;Aoki Daisuke;Oikawa Kazusato;Tsuchiya Kousuke;Numata Keiji;Otsuka Hideyuki
• 通讯作者: Otsuka Hideyuki

Freezing-Induced Toughening of Dynamic Polymer Gels Based on Mechanoresponsive Monomer Insertion Reactions into Cross-linking Points

基于交联点机械响应单体插入反应的动态聚合物凝胶冷冻诱导增韧

• 发表时间: 2019
• 作者: Sota Kato;Daisuke Aoki;Hideyuki Otsuka
• 通讯作者: Hideyuki Otsuka

Freezing-Induced Radical Generation toward Toughening Polymer Networks

冷冻诱导自由基生成以增韧聚合物网络

• 发表时间: 2019
• 作者: Sota Kato;Daisuke Aoki;Hideyuki Otsuka
• 通讯作者: Hideyuki Otsuka

東工大、高分子結晶化過程の可視化・定量化に成功

东京工业大学成功实现聚合物结晶过程的可视化和量化

Toughening Polymer Networks via Freezing-Induced Fluorescent Radical Generation

通过冷冻诱导荧光自由基产生增韧聚合物网络

• 发表时间: 2019
• 作者: Sota Kato;Daisuke Aoki;Hideyuki Otsuka
• 通讯作者: Hideyuki Otsuka