西工大新聞網(wǎng)10月5日電（王振華）聚合物中的機(jī)械傳導(dǎo)過(guò)程可以將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為合成聚合物的化學(xué)信號(hào)或光信號(hào)。通常，力響應(yīng)基團(tuán)（mechanophores）被插入聚合物鏈中，在受到外力時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)械化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生力致變色、力致發(fā)光、力致催化等現(xiàn)象。但是大多數(shù)含有力響應(yīng)基團(tuán)的聚合物都不可避免地會(huì)發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂，難以實(shí)現(xiàn)重復(fù)的機(jī)械化學(xué)過(guò)程。壓電材料作為一種機(jī)械力的傳導(dǎo)器，在機(jī)械力介導(dǎo)的可逆失活自由基聚合如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）和可逆加成斷裂轉(zhuǎn)移聚合（RAFT））中受到廣泛的關(guān)注。王振華副教授研究小組前期開發(fā)了基于多種力化學(xué)轉(zhuǎn)化路徑的機(jī)械調(diào)控ATRP體系，例如壓電催化（Macromolecules2017,50(20), 7940-7948.）、摩擦催化（Angew. Chem. Int. Ed.2023,e202309440.）、超聲化學(xué)（ACS Macro Lett.2019, 161-165,Polym. Chem.2022,13(34), 4908-4914），這些方法可以合成分子量可預(yù)測(cè)、鏈端保真度高、分子量分布窄的聚合物。
圖1. 機(jī)械發(fā)光粉末的雙重作用
近日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)王振華副教授研究小組聯(lián)合深圳大學(xué)彭登峰教授在Research上發(fā)表了機(jī)械介導(dǎo)引發(fā)ATRP制備的機(jī)械發(fā)光復(fù)合材料，為壓光材料及壓電催化聚合的研究提供了潛在的研究方向。研究團(tuán)隊(duì)利用了半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的壓電性能與壓光性能，設(shè)計(jì) CaZnOS-ZnS-SrZnOS: Mn2+三元異質(zhì)結(jié) ML 粉末作為機(jī)械能轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行機(jī)械力調(diào)控的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（mechano-ATRP），以合成可重復(fù)響應(yīng)的機(jī)械發(fā)光復(fù)合材料。在機(jī)械力的作用下，壓電性能可以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移的過(guò)程，將失活劑（CuBr2/TPMA）轉(zhuǎn)化為活化劑（CuI/L），從而引發(fā)聚合反應(yīng)，以可控的方式合成所需的聚合物（圖1）。此外，含有 ML 粉末的聚合物復(fù)合材料在受力時(shí)能夠發(fā)出橙色的光芒。通過(guò)這種方法可以合成各種機(jī)械發(fā)光復(fù)合材料，這些復(fù)合材料具有可調(diào)節(jié)的組成成分與機(jī)械性能。
圖2. (a) 機(jī)械發(fā)光聚合物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)；(b) 機(jī)械力作用下字母 "IFE "完整軌跡的疊加圖像；(c-e) 基于PMA、PBMA和PMMA的復(fù)合材料的DSC曲線以及用筆刮擦引發(fā)的機(jī)械發(fā)光圖像。
這種使用ML粉末的mechano-ATRP反應(yīng)過(guò)程能夠適用于多種單體，合成具有高端基保真度和預(yù)定分子量明確的聚合物。此外，聚合過(guò)程可通過(guò)開關(guān)超聲浴進(jìn)行良好的時(shí)間控制。利用ML粉末的壓光性能，成功制備出了具有不同Tg的可重復(fù)機(jī)械發(fā)光聚合物復(fù)合材料。這項(xiàng)工作為機(jī)械發(fā)光聚合物的設(shè)計(jì)提供了新的視角。
研究成果以“Mechanoluminescent Materials Enable Mechanochemically Controlled Atom Transfer Radical Polymerization and Polymer Mechanotransduction”為題發(fā)表在期刊Research上。西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院黃維院士、王振華副教授和深圳大學(xué)彭登峰教授為本文的共同通訊作者，王振華副教授與在讀研究生李澤萱為該論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省科技基金的資助。
（審核：王學(xué)文）
