Сила

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3231 (2022) Цитировать эту статью

7240 Доступов

8 цитат

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Сильно-обратимые связи CN, возникающие в результате химической реакции между триазолиндионом (ТАД) и производными индола, открывают широкие возможности для инженерии на молекулярном уровне для разработки материалов, реагирующих на механические нагрузки. Здесь мы показали, что аддукты ТАД-индол, действующие как точки сшивки в ковалентно сшитых полимерах в сухом состоянии, позволяют материалам проявлять обратимую реакцию на стресс в реальном времени уже при температуре окружающей среды. В то время как экзергоническая реакция ТАД-индол приводит к образованию стабильных аддуктов, было показано, что они диссоциируют при температуре окружающей среды, когда встраиваются в полимерную сетку и подвергаются растягивающей силе для восстановления исходных продуктов. Более того, возникающий фрагмент TAD может спонтанно и немедленно рекомбинироваться после диссоциации с партнерами по реакции индола при температуре окружающей среды, что позволяет регулировать конформацию сегмента полимера и поддерживать целостность сети за счет обратимого поведения. В целом, наша стратегия представляет собой общий метод создания упрочненных ковалентно сшитых полимерных материалов с одновременным повышением механической прочности и пластичности, чего довольно сложно достичь традиционными химическими методами.

Благодаря своей превосходной механической прочности и термической стабильности полимерные материалы, изготовленные с ковалентными сшивками, широко используются во многих областях повседневной жизни1,2,3,4. Большинство ковалентно сшитых полимерных материалов используются в условиях окружающей среды, где целостность ковалентной полимерной сети напрямую влияет на свойства и срок службы полимерных материалов5,6,7,8. Однако долговременные возмущения силы неизбежны в сшитых полимерах и обычно вызывают необратимый разрыв ковалентной связи, что приводит к химическим повреждениям сшитой сети9. Это явление существенно ослабляет механические и функциональные свойства ковалентно-сшитых полимерных материалов, а также сокращает срок их службы и даже создает угрозу безопасности при их применении.

Как правило, слабая ковалентная связь, активируемая силой, может разрываться преимущественно для того, чтобы рассеять энергию от внешних силовых возмущений10,11,12. В настоящее время ряд слабых ковалентных связей, активируемых силой, был введен в качестве точек сшивки в ковалентные полимерные сети для одновременного увеличения механической прочности и пластичности полимерного материала9,13,14. Несмотря на то, что слабые ковалентные связи, активируемые силой, могут быть восстановлены внешней стимуляцией15,16,17,18, такой как ультрафиолетовое или видимое излучение, нагревание или катализатор, разорванные связи не могут быть восстановлены в реальном времени в условиях окружающей среды. , что приводит к необратимому повреждению полимерной сетки в процессе длительного нанесения. Кроме того, гомолитическое расщепление на относительно стабильные органические радикалы показало многообещающую обратимую диссоциацию/ассоциацию19,20. Однако реакции радикальной рекомбинации часто подвержены необратимым реакциям, например, с молекулярным кислородом, влагой и другими окружающими молекулами, что вызывает беспокойство в контексте динамической ковалентной химии20. В частности, ожидается, что при длительном воздействии условий окружающей среды радикальные виды потеряют свою активность по разрыву и повторному связыванию. Тем не менее, Оцука и др.21 разработали замечательный пример, основанный на линкере дифлуоренилсукцинонитрила (DFSN), центральная связь которого легко расщепляется под действием механического напряжения с образованием относительно стабильных радикалов. Однако отсроченное восстановление линкеров DFSN не позволило осуществить их самореассоциацию в реальном времени. В результате разработка устойчивой к окружающей среде динамической ковалентной связи с обратимой реакцией на стресс в режиме реального времени предоставит полезный путь к разработке множества функций, реагирующих на силу, для ковалентно сшитых полимеров, таких как одновременное повышение механической прочности и пластичности, адаптируемости к динамическим средам. и автономность сети.